计算机系计算机网络复习.docx
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计算机系计算机网络复习
计算机网络是指将地理位置不同且功能相对独立的多个计算机系统通过通信线路相互连在一起由专门的网络软件和通信协议管理下,实现通信和资源共享的系统。
计算机网络中的计算机通常都处于不同的地理位置;相互连接的计算机之间不存在互为依赖的关系;通信线路包括通信媒体、通信设备;网络的目的是为了实现资源共享和互相通信;网络软件系统(单机OS功能+网络通信协议+网络资源管理+网络服务)。
计算机网络概念:
1、建立计算机网络的主要目的是实现资源共享2、互联的计算机都是独立的“自治计算机”3、计算机之间的通信必须遵循共同的网络协议4、数据通信是计算机网络应用的基本手段。
计算机网络的功能结构:
(1)资源子网:
组成:
由各计算机系统和终端设备、软件和可供共享的数据库等组成。
功能:
负责全网面向应用的数据处理工作:
面向向用户提供数据处理能力、数据存储能力、数据管理能力、数据输入输出能力以及其他数据资源。
2)通信子网:
组成:
由通信硬件(通信设备和通信线路等)和通信软件组成,
功能:
为网中用户互相访问和共享各种网络资源提供必要的通信手段和通信服务。
计算机网络的分类:
按地理覆盖范围,分为广域网、城域网和局域网
按使用网络的对象分为公用网络和专用网络
按通信所使用的介质,分为有线网络和无线网络
按网络传输技术分类:
广播网、点对点网;电路交互网和分组交换(数据报、虚电路为重点)……
按照网络传输速度的高低,分为低速和高速网络等。
常见的网络拓朴结:
总线型,星型,树型,环型,网状型
第二章
层次结构设计是结构化设计中最常用、最主要的设计方法。
计算机网络体系={系统,实体,层,协议}
系统:
通常指包含一个或多个实体的具有信息处理功能的物理整体。
实体:
具有某种特定功能的硬件或软件系统程序
层:
系统中能提供某一类服务功能的逻辑结构
协议:
为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定即网络协议简称为协议
协议的成份:
(1)语义:
通信传输的数据元素或者是控制通信的命令的含义。
表示是何种控制信息、完成什么动作、如何响应。
语义表示传输的是什么?
(2)语法:
双方交换的信息(数据或控制)的数据结构,编码、电平等。
语法表示如何传输?
(3)定时:
通信的时序,操作的顺序。
定时则表示何时传输?
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。
体系结构就是这个计算机网络及其部件所应完成的功能的精确定义
网络协议的分层结构的两个基本含义:
同层协议和层间接口协议
TCP/IP协议概述:
(1)TCP/IP协议是工业标准或“事实标准”
(2)TCP/IP协议的主要特点:
开放的协议标准,可以免费使用;可运行于局域网、广域网和互联网中;统一的网络地址分配方案;标准化的高层协议。
数据通信系统的主要技术指标:
传输率,信道容量,误码率,时延
数据的传输方式:
串行/并行传输,单工,半全工,全双工,同步传输,异步传输
基带传输,宽带传输:
宽带传输通常采用线路复用技术:
频分多路复用、时分多路复用、波分多路复用、码分多路复用。
数字数据可以表示为数字信号例如,局域网通信
模拟数据可以表示为数字信号(脉码调制,PCM技术)
数字信号可以表示为模拟信号(调制技术)对基带数字信号的3种调制方法:
调幅、调频、调相
模拟数据可以表示为数字信号:
PCM技术—脉冲调制,将模拟信号变换为数字信号,采样、量化、编码。
例如,数字电话,数字电字电视
数字号传输的优点:
抗干扰能力强,便于加密,压缩等处理,便于差错控制,便于实现各种信息的综合传输。
通信系统主要包括以下六个部分:
信源、发送设备、信道、噪声源、接收设备和信宿。
通信的三个要素:
信源、信宿和信道。
数据通信系统的主要技术指标:
信号的传输速率,信道所允许的最大的信号传输速率,误码率,传播时延。
1、信号的传输率-----衡量信道传输数据的能力:
定义:
单位时间内信道上所能传输的数据量
具有以下两个度量方法:
位速率S(表示每秒传输二进制的位数)单位是b/s,或者bps常用单位:
Kbps、Mbps和Gbps
波特率B(表示每秒传输的波数,或者是调制的速率),单位是baud(波特)
位速率和波特率两者之间的关系:
T为一个码元的周期,所以
2、通信系统的主要技术指标—最大传输率:
信道所允许的最大信号的传输速率
香农(shannon)准则
信道的容量决定于信道的带宽和信道中的信噪比
信道中的信噪比与信道带宽越大,信息的极限传输速率就越高。
奈奎斯特(Nyquist)准则
不考虑噪声情况下,有限带宽信道能达到的最大传输率
3、通信系统的性能指标:
误码率
作用:
用于衡量通信系统可靠性;
通常以误比特率(Pe)表示:
差错通常由噪声引起,降低误码率:
减少噪声源,提高信噪比,采用差错控制技术降低出错对数据通信质量的影响
4、时延(delay)
数字基带信号和基带传输
数字基带信号——矩形脉冲信号是二进制比特的典型表达方式,在频谱中从零开始有一段能量相对集中的频率范围。
基带传输----传输未经调制的信号例如直接传输数字信号(0/1脉冲信号)
特点:
抗噪声能力强,成本低,传输速率高
信号衰减严重,只能利用有线介质近距离传输,无放大的情况下,一般不大于2.5km
基带信号频带宽,传输时要占用整个传输介质的带宽
数字数据编码
数字通信系统采数字用基带信号进行传输
关键问题是数字数据的编码和解码问题
三种常见的数字数据编码:
不归零(NRZ,Non-ReturntoZero)编码,曼彻斯特(Manchester)编码, 差分曼彻斯特编码
传输介质
有线传输媒体
双绞线:
屏蔽双绞线STP,无屏蔽双绞线UTP
同轴电缆:
50
同轴电缆,75
同轴电缆
光纤:
单膜光纤,多膜光纤
光纤的特点:
信道容量大,传输距离大,传输质量高,线缆成本高,
用途:
用于长距离的数据传输和网络主干线路,也被用于有危险、高压或容易泄漏信号的恶劣环境。
多路复用技术
常用多路复用技术:
频分多路复用FDM,时分多路复用TDM,波分多路复用WDM,码分多路复用CDM
多路复用方式的选择:
根据信号特点进行选择:
通常模拟信号持续时间长,但占用的信道带宽通常较小;数字信号虽然需要占用整个信道带宽,但其作为离散量持续时间很短。
故:
基带传输多采用时分多路复用技术,
频带传输中则一般采用频分多路复用技术
无线局域码分多路复用用于
通信方式
按传输位数分—串行/并行
按传输方向数分—单工、半双工、全双工
按数据传输交换方式分
信息从信源传送到信宿,根据线路结构有两种方式:
广播式传输如局域网中信息传输;
点对点传输如广域网中信息传输
点对点的信息传输方式主要有三种:
电路交换方式,分组交换方式,快速分组交换方式
物理层
功能:
解决通信子网各种物理设备(包括传输介质)之间的接口问题。
向上屏蔽物理组件及传输介质所产生的差异,提供传送和接收二进制比特流的能力。
物理层标准主要任务——就是要规定DCE设备和DTE设备的接口,包括接口的机械特性、电气特性、功能特性和规程特性。
物理层接口特性的说明:
机械特性:
硬件接口(连接器)的大小尺寸和形状。
电气特性:
主要考虑确定信号码型结构、电压电平和电压变化的规则以及信号的同步等。
功能特性定义接口电路的功能。
接口信号大体上可以分为数据信号、控制信号和时钟信号。
规程特性是在功能特性的基础上,说明利用接口传送比特流的过程和顺序,它涉及到DTE与DCE双方在各线路上的动作规程以及执行的先后顺序。
常见物理层组件
除了前面所介绍的物理线缆外,还包括连接头、连接插座、转换器等。
共同特点:
无源(不需要外电源),又称被动(passive)
用途:
传输介质:
用于提供信号传输通道。
连接头和连接插座是配对使用的组件,为网络线缆连接提供良好的端接,减少因不良连接所产生的噪声。
转换器用于在不同的接口或介质之间进行信号转换
常见的物理层设备
中继器:
具有对物理信号进行放大和再生的功能,“单进单出”结构,对信息按位转发,扩展网段。
中继器的数目最多不超过四个
集线器(Hub)
集线器特点:
集线器是使用电子器件来模拟实际电缆线的工作,因此整个系统仍然像一个传统的以太网那样运行。
使用集线器的以太网在逻辑上仍是一个总线网,各工作站使用的还是CSMA/CD协议,并共享逻辑上的总线,物理上构成一个星形拓扑结构。
集线器很像一个多端口的转发器,工作在物理层。
集线器功能:
增强信号,检测冲突,指示有故障的工作站。
数据链路层概述:
数据链路层要解决的主要问题:
1、DL层利用了物理层提供的原始比特流传输服务,检测并校正物理层的传输差错,控制数据的传输流量解决:
如何进行差错控制与流量控制。
2、如何为相邻结点(P59)之间的可靠数据传输提供必要的数据链路建立、维持和释放机制
3、物理寻址——识别目标节点和源节点。
4、数据流的定界——提供一种机制使得接收方能识别数据流的开始与结束。
5、信息帧的格式:
帧的构造、同步和类型区分。
数据链路层完成的主要作用有:
相邻两节点的数据链路的建立、维护与释放的管理工作
帧的封装(发送),拆帧(接收)
差错检测与控制:
自动反馈重发(ARQ),前向纠错(FEC)
数据流量控制:
发送节点和接受节点间的流量控制如停等式、滑动窗口等
差错控制
1.差错概念:
何谓差错,引起差错的原因,差错的衡量标准
2.差错控制:
对差错进行查测和纠正,把差错控制在允许的误码率的范围之内
3.差错控制方法:
第一步进行差错编码;第二步在差错编码的基础上发现出错采用:
自动请求重发法ARQ,前向纠错法FEC。
常见的检错码有:
奇偶校验码,循环冗余校验码(CRC)
流量控制:
流量控制的概念:
1.、网络阻塞原因——由于系统性能不同,导致发送速度超过接收方的处理能力,引起信息溢出。
2、流量控制的作用——控制发送方所发出的数据速率不要超过接收方所能接收的速率
3、流量控制方法
采用简单的停等协议
滑动窗口协议则将关于帧的确认与流量控制巧妙地结合在了一起是一种有效的进行流量控制的方法,能及时跟踪接受方的状态。
数据链路层所提供的基本服务:
无确认的无连接服务;有确认的无连接服务;有确认的面向连接的服务。
1、无确认的无连接服务:
源机器向目标机器发送独立的数据帧,而目的机器不对收到的帧作确认;事先不存在建立连接,事后也不存在释放;适用于误码率较低的信道,如大多数的局域网。
2、有确认的无连接服务:
事先不存在建立连接,事后也不存在释放;源机器向目标机器发送独立的数据帧,目的机器对收到的每一帧作确认;若某个确定的时间间隔内未能收到确认帧(超时),则发送方自动重发;适用于无线通信系统之类的不可靠信道;协议较实现无确认无连接服务的协议复杂。
3、有确认的面向连接的服务:
传送数据前,事先要建立一条连接;在连接上所传送的每一帧都要编序号,提供相应的确认和流量控制机制来保证每一帧都只被正确地接收一次,并保证所有帧都按正确的顺序被接收;数据传输完成之后,需要释放所建立的连接;真正为网络层提供了可靠的无差错传输服务;适用于误码率较高的不可靠信道,如某些广域网链路;协议的实现复杂度及实现代价相对最高。
HDLC称为高级数据链路控制协议,由ISO颁布。
HDLC是面向比特(位)的同步链路协议
采用0比特的插入/删除技术、支持全双工通信,采用位填充的成帧技术,以滑动窗口协议进行流量控制。
该协议是典型的应用广泛的数据链路层
HDLC的帧结构
1、标志字段F(Flag)为6个连续1加上两边各一个0共8bit。
在接收端只要找到标志字段就可确定一个帧的位置。
2、地址字段A是8bit。
为次站的地址。
3、帧检验序列FCS字段共16bit。
所检验的范围是从地址字段的第一个比特起到信息字段的最末一个比特为止。
4、控制字段C共8bit,是最复杂的字段。
HDLC的许多重要功能都靠控制字段来实现。
数据链路层的设备与组件:
数据链路层的设备与组件是指那些同时具有物理层和数据链路层功能的设备或组件。
数据链路层的组件有网卡
数据链路层的主要设备包括网桥和交换机。
局域网技术复习
1、总线型拓扑结构:
结构形式:
所有的站点(计算机或共享设备)都挂在(连接到)一条公共的信道上。
信息传输形式:
分布式控制,广播式传输
总线冲突:
两个或两个以上的站点同时传输数据,总线上的信号叠加导致信号失效
总线型拓扑结构的特点:
各节点地位平等,无中心节点控制,共享信道;总线上的信息通常以基带、串行、广播式传输信息,被指定为目标地址的站接受数据;“共享”产生“冲突”,冲突造成数据传输的失效,需要提供一种机制(介质访问控制)用于解决冲突问题。
2、环型拓扑:
结构:
各站点经过链路两两互连构成一个闭合环。
信息传输方式:
分布控制、直接传输
3、星型拓扑:
结构:
以中央节点为中心,各节点以点到点的链路与中央节点相连。
共享型HUB构成具有星型拓扑结构的以太网
星型拓扑的性能特点:
任何两节点之间的数据通信都要通过中央节点,中央节点集中执行通信控制策略,如完成节点间通信时物理连接的建立、维护和拆除。
中央节点通常为集线器或交换机。
优点:
结构简单,管理方便,可扩充性强,组网容易
缺点:
中央结点单点故障
CSMA/CD—带冲突检测的载波监听多路访问
CSMA/CD工作原理:
先听后发;边听边发;冲突停止;延迟后重发。
中继器/集线器的基本特点
物理层网络互连设备,(集线器又称多端口中继器)
物理上对网络进行扩展:
当网络段传输超出网络传输介质决定的最大传输距离起中继、放大及整形作用,使得物理信号的传送距离得到延长
不具备数据隔离或过滤功能,
其对网络的扩展是以冲突域的增加和冲突检测有效性的下降为代价。
网桥/交换机的基本特点
网桥/交换机是数据链路层上的网络互连设备(交换机又称多端口网桥);
根据MAC地址进行网络流量过滤,忽略关于本地网络的所有流量,只转发目标地址不在本地的数据流量
网桥/交换机互联不会扩大冲突域
网桥/交换机具有网络的逻辑分段功能,抑制广播风暴
交换机与集线器的比较
相同点:
端口集中器;多物理上扩展网络。
(2)不同点
集线器为物理层设备,只关注原始比特流的传送,不具备流量过滤功能和网络逻辑划分功能。
交换机为数据链路层设备,基于MAC地址在不同网段间进行流量过滤,从而具有逻辑分段功能。
集线器只能实现半双工传送,而交换机可支持全双工传送
集线器提供共享带宽,交换机提供专用带宽例如24口/100M集线器,每个端口带宽100/24M24口/100M交换机,每个端口带宽100M
传统以太网技术要点:
遵循IEEE802.3标准;在物理层支持多种传输介质;介质访问控制方法:
CSMA/CD;
主要的物理层标准包括:
10BASE-5、10BASE-2、10BASE-T、100BASE-TX和100BASE-FX
作为介质访问控制机制,使用统一的IEEE802.3帧格式
共享以太网主要特点:
采用共享总线或Hub组网;媒体访问机制:
CSMA/CD
性能:
共享带宽,扩大冲突;只支持半全工;不支持不同速率等。
交换式以太网的主要特点:
采用交换机组网;传输机制:
查内部端口/MAC地址转换表
特性:
扩大带宽,缩小冲突域;既可支持半双工,也可支持全双工传送;支持不同速率端口间通信;交换机组网可划分虚拟局域网VLAN
交换式以太网的优点:
具有独占的带宽;具有很高的传输带宽;提供了网络的逻辑分段;可提供全双工通信。
交换机可以采用三种方法转发数据:
存储转发模式;快速转发模式(直通传送);无碎片转发模式(改进型的直通)。
VLAN的特点:
组网依据:
VLAN是一个逻辑子网,其组网的依据不是物理位置,而是逻辑位置。
重要特征:
同一VLAN的所有成员组成一个“独立于物理位置而具有相同的广播域”
管理:
VLAN可通过软件实现VLAN成员的增加、移动和改变。
VLAN的组网的方法
三种基本方法:
基于端口的(静态的);基于MAC地址(动态的);基于IP地址(动态的)
虚拟局域网的优越性小结:
提供了一种控制网络广播的方法;提高了网络的安全性;简化了网络管理。
广域网的特点(与局域网对比):
地理覆盖范围不同;
设计目标:
实现广大范围内的远距离数据通信,局域网主要是为了实现小范围内的资源共享
传输方式上不同;网络拓扑结构上,广域网更多的采用网状拓扑;在归属上不同。
常见广域网传输服务类型
网络传输技术分类——信息从信源传送到信宿根据线路结构有两种方式:
广播式传输如共享局域网中信息传输;点对点传输如广域网中信息传输。
点对点的信息传输方式主要有三种:
电路交换方式,分组交换方式,快速交换方式(特指交换机的交换方式)。
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。
分组交换技术——数据报和虚电路
数据报方式:
采用分组传输和存储转发技术;分组携带全网地址,可独立寻址;不进行差错控制和流量控制;数据报传输的策略——尽快递交;向上提供面向无连接的不可靠的传输服务。
虚电路方式:
采用分组和存储转发技术;事先建立虚电路;分组有序传输;通信子网进行差错控制和流量控制;向上提供面向连接的可靠的传输服务。
交换机交换的优点:
高效:
动态分配传输带宽,对通信链路是逐段占用。
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;充分使用链路的带宽。
可靠:
完善的网络协议;自适应的路由选择协议使网络有很好的生存性。
ATM网的组成
ATM网络系统由ATM业务终端、交换、传输等部分组成。
ATM交换机是ATM网络的核心,它采用面向连接的方式实现信元的交换
虚电路与数据报的比较
IP层协议:
IP---互联网协议;ARP---地址解析协议;RARP---反向地址解析协议;ICMP---控制报文协议;IGMP---组管理协议
网络层的服务类型
从分层的角度,网络层利用了数据链路层所提供的相邻节点之间的数据传输服务,向传输层提供了从源到目标的数据传输服务。
服务类型:
可靠的面向连接的服务(虚电路);不可靠的面向无连接的服务(数据报)。
虚电路:
传输前需要建立连接;数据包沿着相同的路径按序到达目标节点;传输完成后需要拆除连接。
面向无连接服务与数据报:
不需要为数据传输事先建立连接,其只提供简单的源和目标之间的数据发送与接收功能;为每个分组选择独立的路由,不同的分组可以走不同的路由。
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