计算机网络复习提纲复习-杨庚主编

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1、一、计算机网络发展阶段的划分,第一阶段：20世纪50年代（面向终端的计算机网络 第一代）数据通信技术的研究与发展为网络的产生奠定了理论基础 第二阶段：20世纪60年代（计算机计算机网络 第二代） ARPAnet与分组交换技术的研究与发展,ARPAnet为Internet的形成奠定了基础 第三阶段：20世纪70年代（开放式标准化网络 第三代）网络体系结构与协议标准化的研究 第四阶段：20世纪90年代（网络计算新时代）,二、计算机网络定义的基本内容资源共享观点的定义：以能够相互共享资源的方式互联起来的自治计算机系统的集合。网络建立的主要目的是实现计算机资源的共享； 互联的计算机是分布在不同地理位置

2、的多立的“自治计算机系统”； 联网计算机在通信过程中必须遵循相同的网络协议。,三、计算机网络的组成与结构,计算机网络要完成数据处理与数据通信两大基本功能；早期计算机网络主要是广域网，它从逻辑功能上分为资源子网和通信子网两个部分；资源子网负责数据处理的主计算机与终端，资源包括：计算机硬件、软件和数据通信子网负责数据通信处理的通信控制处理机与通 信线路 ，如路由器和光纤,四、实际网络系统中常用的三种交换比较,A B C D,A B C D,A B C D,报文交换,线路交换(电路交换),分组交换,t,数据报是分组存储转发的一种形式； 不需要预先在源主机与目的主机之间建立“线路连接”，报文传输延迟较

3、大，适用于突发性通信，不适用于长报文、会话式通信； 源主机所发送的每一个分组都可以独立地选择一条传输路径，必须带有目的地址与源地址； 每个分组在通信子网中可能是通过不同的传输路径到达目的主机，可能出现乱序、重复与丢失现象；,虚电路方式试图将数据报方式与线路交换方式结合起来，充分发挥两种方法的优点; 数据报方式在分组发送之前，发送方与接收方之间不需要预先建立连接。虚电路方式在分组发送之前，需要在发送方和接收方建立一条逻辑连接的虚电路; 虚电路方式与线路交换方式相同，整个通信过程分为以下三个阶段：连接建立、数据传输与连接释放阶段； 报文分组不必带目的地址、源地址等辅助信息。分组到达目的结点时不会出

4、现丢失、重复与乱序的现象。,五、时延(delay 或 latency),数据经历的总时延就是发送时延、传播时延和处理时延之和：,总时延 = 发送时延 + 传播时延 + 处理时延,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。,三种时延所产生的地方,1 0 1 1 0 0 1,发送器,队列,结点 B,结点 A,数据,从结点 A 向结点 B 发送数据,链路,往返时延 RTT (Round-Trip Time) ：表示从发送端发送数据开始，到发送端收到来自接收端的确认（接收端收到数据后立即发送确认），总共经历的时延。,网络层次结构模型与各层协议的集合称为网络体系 结构 体系结构是抽象

5、的，而实现是指能够运行的一些硬件和软件。,网络协议的组成要素,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。 时序 事件实现顺序的详细说明。,六、网络体系结构,OSI参考模型的结构,通信两端的对等层之间必须采用相同的协议，如传输层,TCP/IP 参考模型与 OSI 参考模型的对应关系,OSI模型和TCP/IP协议族的层次结构和层次之间有着严格的单向依赖关系，上层依赖下层提供的服务来完成本层的工作并为自己的上层提供服务。,计算机 1 向计算机 2 发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,计算机 1,AP2,AP1,计算机 2,应 用 程

6、 序 数 据,10100110100101 比 特 流 110101110101,注意加入或剥去首部（尾部）的层次,应 用 程 序 数 据,数据是信息的载体； 信号是数据的载体，是数据在传输过程中电信号的表示形式； 模拟信号（analog signal）的信号电平是连续变化的； 数字信号（digital signal）是用两种不同的电平去表示0、1比特序列的电压脉冲信号表示； 按照在传输介质上传输的信号类型，通信系统分为模拟通信系统与数字通信系统两种。,七、信号的概念,码元与信息量,码元是承载信息的基本信号单位。比如用脉冲信号表示数据有效值状态，一个单位脉冲就是一码元。一码元能承载多少信息量是

7、由脉冲信号所能表示的数据有效值状态个数决定的。一个单位脉冲信号，当表示二进制代码0和1两个状态有效值时，一码元能携带1bit信息，即一位。一个单位脉冲信号，当表示二进制代码00、01、10、11四个有效值时，一码元能携带2bit信息，即两位。一个单位脉冲信号，当表示二进制代码000、001、010、011、100、101、110、111八个有效值时，一码元能携带3bit信息，即三位。,调制速率（或波特率、码元率）,数据以代码形式传输，代码由码元组成。传输时码元可以用波形来表示，用一种波形来表示一个码元或几个码元的组合。波形的持续时间与它所代表的码元组合的时间长度一一对应，波形持续时间越短，单位

8、时间内传输的波形数就越多，或者说传输的数据越多，数据传输速率就越高。调制速率就是单位时间传输的电信号个数（或码元）。调制速率的单位是波特(baud)，计算公式如下：B1T（一波特表示每秒传输一码元）其中T为一个电信号（脉冲）波形的持续时间。调制速率不等于数据传输速率。调制速率与数据传输速率的关系如下：SB(Log2N)只有当脉冲信号只有两个状态，即N=2时，或二相调制时，这时比特率等于波特率。 例如：已知某个信道的信号传输速率为128kb/s，一个载波信号码元有16个有效离散值，则该信道的波特率为多少？答：128kb/s=B(Log216) B=32KBaud,波特(Baud)和比特(bit)

9、是两个不同的概念。 波特是码元传输的速率单位（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。 比特是信息量的单位。 香农定理：在有随机热噪声的信道上传输数据信号时，数据传输速率Rmax与信道带宽B （以 Hz 为单位），信噪比S/N的关系为Rmax = Blog2（1+S/N） S/N为信噪比(无量纲）； 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。 S/N(dB)=10lg(S/N),数字数据编码方法,曼彻斯特编码与差分曼彻斯特编码,曼彻斯特编码（Manchester Encoding） 为了自带位同步（或称比特同步）信号而采用的一种编码方法 在曼彻

10、斯特编码中每个比特持续时间分为两半，在发送比特1时，前一半时间电平为高，而后一半时间电平为低；在发送比特0时则正好相反。这样，在每个比特持续时间的中间肯定有一次电平的跳变，接收方可以通过检测该跳变来保持与发送方的比特同步。,曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码已被某些局域网的标准采用 缺点是在每比特的持续时间内将可能出现多达两次跳变，编码效率只有50%。,八、多路复用技术,多路复用器的主要功能是结合来自两条或多条线路的传输,波分复用,频分复用,复用技术,时分复用,码分复用,九、 数据链路层的主要功能,链路管理 帧定界功能 流量控制 差错控制 帧的透明传输 寻址 数据链路层协议 为实现数据链路控制功能

11、而 制定的规程或协议。,十、反馈重发机制的分类,停止等待方式 (停止等待协议) 是最简单但也是最基本的数据链路层协议,连续工作方式,拉回方式(Go-back-N连续ARQ协议) 重传出错帧以后 所有已传的帧选择重发方式 (选择重传ARQ协议) 只重传出错帧,滑动窗口方式中，确认采用的是捎带确认，如ACK5意味着期待接收5号帧，4号帧及以前各帧已正确接收,停止等待协议,：发送窗口大小为，接收窗口大小为1，在发送一帧之前必须等待下一帧的确认，致使适应于短信道，对长信道效率很低。 连续ARQ协议：发送窗口大小1，接收窗口大小为1，引入了管道化技术，允许发送方发送n帧之前而不需要等待确认，但是，如果某

12、一帧发生错误，必须从发生错误帧处开始重新传输; 选择重传ARQ协议：发送窗口大小1，接收窗口大小1，引入管道化和否定性确认帧，对发生错误的帧单独重传，并缓存错误帧之后发送的帧与退后n帧arq相比，减少了出错帧之后所有帧都要重传的开销。,十一、典型数据链路层面向比特型协议 HDLC,HDLC的帧结构,F（flag） ：固定格式 01111110 作用 帧同步传输数据的透明性（0比特插入与删除）,十二、介质访问控制方法:在共享介质的情况下需要 带有冲突检测的载波侦听多路访问CSMA/CD非确定性随机访问控制方法令牌环 token ring采用令牌的确定性访问控制方法,载波监听多点接入/碰撞检测CS

13、MA/CD 协议,CSMA/CD 表示 Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection。 “多点接入”表示许多计算机以多点接入的方式连接在一根总线上。 “载波监听”是指每一个站在发送数据之前先要检测一下总线上是否有其他计算机在发送数据，如果有，则暂时不要发送数据，以免发生碰撞。 总线上并没有什么“载波”。因此， “载波监听”就是用电子技术检测总线上有没有其他计算机发送的数据信号。,碰撞检测,“碰撞检测”就是计算机边发送数据边检测信道上的信号电压大小。 当几个站同时在总线上发送数据时，总线上的信号电压摆动值将会增大（互相叠加）。 当一

14、个站检测到的信号电压摆动值超过一定的门限值时，就认为总线上至少有两个站同时在发送数据，表明产生了碰撞。 所谓“碰撞”就是发生了冲突。因此“碰撞检测”也称为“冲突检测”。,检测到碰撞后,在发生碰撞时，总线上传输的信号产生了严重的失真，无法从中恢复出有用的信息来。 每一个正在发送数据的站，一旦发现总线上出现了碰撞，就要立即停止发送，免得继续浪费网络资源，然后等待一段随机时间后再次发送。,CSMA/CD的发送流程可以概括为,先听后发 、边听边发、冲突停止、 延迟重发 每一个站在发送数据之前先要检测一下总线上是否有其他计算机在发送数据，如果有，则暂时不要发送数据，以免发生冲突；如没有，则发送。并且计算

15、机在发送数据同时检测信道上是否有冲突发生，如果有则采用截断二进制指数类型退避算法来等待一段随机时间后再次发送。,二进制指数类型退避算法 (truncated binary exponential type),发生碰撞的站在停止发送数据后，要推迟（退避）一个随机时间才能再发送数据。 确定基本退避时间，一般是取为争用期 2。 定义重传次数 k ，k 10，即k = Min重传次数, 10 从整数集合0,1, (2k 1)中随机地取出一个数，记为 r。重传所需的时延就是 r 倍的基本退避时间。 当重传达 16 次仍不能成功时即丢弃该帧，并向高层报告。,冲突及处理方法,由于多个发送方同时检测到介质空闲

16、，并且发送数据，因而产生冲突; 冲突发生后，发送方各自延迟随机时间，再争用介质，随机时间采用二进制指数退避算法进行决定。 当冲突产生后，会产生帧碎片; 当接受到的数据帧长度小于最小帧长限制时，则认为是帧碎片，进行丢弃。,传统以太网的连接方法,传统以太网可使用的传输媒体有四种： 铜缆（粗缆或细缆） 铜线（双绞线） 光缆 这样，以太网就有四种不同的物理层。,十四、网桥的基本工作原理,网桥基本特征：网桥在数据链路层上实现局域网互连； 网桥能够互连两个采用不同数据链路层协议、不同传输介质与不同传输速率的网络； 网桥以接收、存储、地址过滤与转发的方式实现互连的网络之间的通信； 网桥需要互连的网络在数据链路层以上采用相同的协议； 网桥可以分隔两个网络之间的广播通信量。,