计算机网络 考前精讲

《计算机网络 考前精讲》由会员分享，可在线阅读，更多相关《计算机网络 考前精讲（158页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、计算机网络（第 5 版） 电子工业出版社 2007 年 谢希仁 编著第 1 章 概述主要内容 1.因特网的组成l边缘部分的两种通信方式l核心部分的分组交换、路由器 2.计算机网络的体系结构分层、协议、协议数据单元PDU、封装（解封）1.1 计算机网络 在信息时代的作用计算机网络向用户提供的最重要的功能： n连通性计算机网络使上网用户之间 都可以交换信息，好像这些用户的计算 机都可以彼此直接连通一样。 n共享即资源共享。可以是信息共享 、软件共享，也可以是硬件共享。1.2 因特网概述n网络把许多计算机连接在一起。n因特网则把许多网络连接在一起。 (a)(b)网络互联网（网络的网络）结点链路主机因

2、特网1.3 因特网的组成 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。（又称资源子网） (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（提供连通性和交换）。（又 称通信子网）分组交换网的示意图H1A互联网BDECH5H6H4H2H3H1 向 H5 发送分组H2 向 H6 发送分组注意分组路径的变化！路由器主机n不同作用范围的网络n广域网 WAN (Wide Area Network)n局域网 LAN (Local Ar

3、ea Network) n城域网 MAN (Metropolitan Area Network)n个人区域网 PAN (Personal Area Network) 1.5 计算机网络的分类时延(delay 或 latency)n传输时延（发送时延） 发送数据时， 数据块从结点进入到传输媒体所需要的 时间。n也就是从发送数据帧的第一个比特算起 ，到该帧的最后一个比特发送完毕所需 的时间。 发送时延 = 数据块长度（比特）信道带宽（比特/秒）1.6 计算机网络的性能时延(delay 或 latency)n传播时延 电磁波在信道中需要传播一 定的距离而花费的时间。 n信号传输速率（即发送速率）和信

4、号在 信道上的传播速率是完全不同的概念。 传播时延 = 信道长度（米）信号在信道上的传播速率（米/秒）时延(delay 或 latency)n处理时延 交换结点为存储转发而进行 一些必要的处理所花费的时间。 n排队时延 结点缓存队列中分组排队所 经历的时延。n排队时延的长短往往取决于网络中当时 的通信量。时延(delay 或 latency)n数据经历的总时延就是发送时延、传播 时延、处理时延和排队时延之和： 总时延=发送时延+传播时延+处理时延+排队时延四种时延所产生的地方 1 0 1 1 0 0 1发送器队列在链路上产生 传播时延结点 B结点 A在发送器产生传输时延 (即发送时延)在结点

5、A 中产生 处理时延和排队时延数据从结点 A 向结点 B 发送数据链路计算题 在下图所示的采用“存储-转发”方式分组的交换网络 中，所有链路的数据传输速度为100Mbps，分组大 小为500B，其中分组头大小20B，若主机H1向主机 H2发送一个大小为480000B的文件，则在不考虑分 组拆装时间和传播延迟的情况下，从H1发送到H2接 收完为止，需要的时间至少是ms？1.7 计算机网络的体系结构 1.7.1 计算机网络体系结构的形成n相互通信的两个计算机系统必须高度协 调工作才行，而这种“协调”是相当复杂的 。 n“分层”可将庞大而复杂的问题，转化为若 干较小的局部问题，而这些较小的局部 问题

6、就比较易于研究和处理。 分层的好处和弊端 n各层之间是独立的。n灵活性好。n结构上可分割开。n易于实现和维护。n能促进标准化工作。n有些功能会在不同的层次中重复出现， 产生了额外开销。 开放系统互连参考模型OSI/RM1.7.2 协议及体系结构网络协议的组成要素 n语法 数据与控制信息的结构或格式 。 n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。 n同步 事件实现顺序的详细说明。 1.7.3 五层协议的体系结构 n应用层(application layer) n运输层(transport layer) n网络层(network layer) n数据链路层(data link

7、layer) n物理层(physical layer) 数据链路层5 应用层4 运输层3 网络层2 数据链路层1 物理层主机 1 向主机 2 发送数据 5432154321主机 1AP2AP1主机 2 应用进程数据先传送到应用层加上应用层首部，成为应用层 PDU主机 1 向主机 2 发送数据 5432154321主机 1AP2AP1主机 2应用层 PDU 再传送到运输层加上运输层首部，成为运输层报文主机 1 向主机 2 发送数据 n应用层(application layer) 5432154321物理传输媒体主机 1AP2AP1电信号（或光信号）在物理媒体中传播 从发送端物理层传送到接收端物理

8、层主机 2主机 1 向主机 2 发送数据 5432154321主机 1AP2AP1主机 2我收到了 AP1 发来的 应用程序数据！主机 1 向主机 2 发送数据 5432154321主机 1AP2AP1主机 2应 用 程 序 数 据应用层首部H510100110100101 比 特 流 110101110101注意观察加入或剥去首部（尾部）的层次应 用 程 序 数 据H5应 用 程 序 数 据H4H5应 用 程 序 数 据H3H4H5应 用 程 序 数 据H4运输层首部H3网络层首部H2链路层 首部T2链路层 尾部1.7.4 协议特点（总结）n协议是控制两个对等实体进行通信的规则的集 合。n在

9、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 ，还需要使用下面一层所提供的服务。n协议必须把所有不利的条件事先都估计到，不 能假定一切都是正常的和非常理想的。1.7.5 TCP/IP的体系结构应用层运输层网际层网络 接口层主机A主机B路由器网络 2网络 1应用层运输层网际层网络 接口层网际层网络 接口层4321路由器在转发分组时最高只用到网络层 而没有使用运输层和应用层。 第 2 章 物理层主要内容 1.奈奎斯特定理及香农定理 2.信道复用技术频分复用、时分复用、波分复用、码分复用2.1 物理层的基本概念物理层考虑怎样才能在连接各种计算机的传输媒体上 传输数

10、据比特流。 物理层的主要任务描述为确定与传输媒体的接口的一 些特性，即： n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。n电气特性 指明在接口电缆的各条线上出现的电压的范围 。n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。n过程特性 指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序 。 2.2 数据通信的基础知识 几种最基本的调制方法 n最基本的二元制调制方法有以下几种：n调幅(AM)：载波的振幅随基带数字信号而变化。 n调频(FM)：载波的频率随基带数字信号而变化。n调相(PM) ：载波的初始相位随基带数字信号而 变化。 正交振幅调制 QAM (Qu

11、adrature Amplitude Modulation) r(r, )可供选择的相位有 12 种， 而对于每一种相位有 1 或 2 种振幅可供选择。 由于4 bit 编码共有16 种不同的 组合，因此这 16 个点中的每个 点可对应于一种 4 bit 的编码。 若每一个码元可表示的比特数越多，则在接收端进行 解调时要正确识别每一种状态就越困难。 举例2.2.3 信道的极限容量 n任何实际的信道都不是理想的，在传输 信号时会产生各种失真以及带来多种干 扰。 n码元传输的速率越高，或信号传输的距 离越远，在信道的输出端的波形的失真 就越严重。 数字信号通过实际的信道 n有失真，但可识别n失真大

12、，无法识别 实际的信道 （带宽受限、有噪声、干扰和失真）发送信号波形接收信号波形发送信号波形实际的信道 （带宽受限、有噪声、干扰和失真）接收信号波形奈奎斯特定理及香农定理n1924 年，奈奎斯特(Nyquist)就推导出了著名 的奈奎斯特定理。他给出了在假定的理想条件 下，为了避免码间串扰，码元的传输速率的上 限值。n在任何信道中，码元传输的速率是有上限的， 否则就会出现码间串扰的问题，使接收端对码 元的判决（即识别）成为不可能。奈奎斯特定理(Nyquist Theorem)这个定理给出了在不考虑噪声影响情况下最大数 据传输速率的理论上限。如果传输系统使用K个信号电 平，模拟带宽是W，奈奎斯特

13、定理所阐明的以每秒位 元数计算的最大数据速率C是：C=2Wlog2K奈奎斯特定理给出的是一个实际无法达到的最大 值。通信系统总是受到一些称为噪声的背景干扰所限 制，而这些噪声使得通信系统不可能达到这种理论极 限传输速率。香农定理n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（即在噪声影响下传输系统所能达到的最大数据传 输速率）。n信道的极限信息传输速率 C 可表达为n C = W log2(1+S/N) b/s nW 为信道的带宽（以 Hz 为单位）；nS 为信道内所传信号的平均功率；nN 为信道内部的高斯噪声功率。 n信噪比常用

14、分贝(dB)作为度量单位。即：信噪比(dB) =10 log10(S/N)(dB)习题n在无噪声情况下，若某通信链路的带宽为3kHz ，采用4个相位，每个相位具有4种振幅的 QAM调制技术，则该通信链路的最大数据传输 速率是多少？（2009年考研选择题）2.3 物理层下面的传输媒体无线电微波红外线可见光紫外线X射线射线双绞线同轴电缆卫星地面微波调幅 无线电调频 无线电海事 无线电光纤电视(Hz)f(Hz)fLFMFHFVHF UHF SHFEHFTHF波段104 105 106 107 108 109 1010 1011 1012 1013 1014 1015 1016100 102 104

15、106 108 1010 1012 1014 1016 1018 1020 1022 1024移动 无线电 电信领域使用的电磁波的频谱2.3.1 导向传输媒体n双绞线n屏蔽双绞线 STP (Shielded Twisted Pair)n无屏蔽双绞线 UTP (Unshielded Twisted Pair) n绞合：可减少对相邻导线的电磁干扰共享信道2.4 信道复用技术 2.4.1 频分复用、时分复用和统计时分复用 n复用(multiplexing)是通信技术中的基本概 念。 信道A1A2B1B2C1C2信道信道A1A2B1B2C1C2复用分用(a) 不使用复用技术(b) 使用复用技术频分复用

16、 FDM (Frequency Division Multiplexing) n用户在分配到一定的频带后，在通信过程中自始至终都占用 这个频带。n频分复用的所有用户在同样的时间占用不同的带宽资源（请 注意，这里的“带宽”是频率带宽而不是数据的发送速率）。 频率时间频率 1频率 2频率 3频率 4频率 5时分复用TDM (Time Division Multiplexing) n时分复用则是将时间划分为一段段等长的时分复 用帧（TDM 帧）。每一个时分复用的用户在每一 个 TDM 帧中占用固定序号的时隙。n每一个用户所占用的时隙是周期性地出现（其周 期就是 TDM 帧的长度）。nTDM 信号也称为等时(isochronous)信号。n时分复用的所有用户是在不同的时间占用同样的 频带宽度。1550 nm 0 1551 nm 1155