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网络必考点
计算机网络的定义,与分布式系统的区别:
计算机网络是指将具有独立功能的多台计算机通过通信设备线路连接起来,在网络软件的支持下,实现彼此之间的资源共享和数据通信的整个系统。
计算机网络是分布式系统的技术基础,分布式系统是计算机网络的高级发展;另,在计算网络中,各个计算机单位是独立平等的,而在分布式系统中,是区分主机和终端的。
计算机网络的分类:
从网络的交换功能进行分类:
电路交换、报文交换、分组交换和混合交换;从网络的拓扑结构进行分类:
集中式网络、分散式网络和分布式网络;从网络的作用范围进行分类:
广域网WAN、局域网LAN、城域网MAN;从网络的使用范围进行分类:
公用网和专用网。
OSI参考模型七层结构及各层的作用:
物理层功能:
利用传输介质为数据链路层提供物理连接,负责处理数据传输率并监控数据出错率,实现数据流的透明传输;
数据链路层:
在物理层提供的服务基础上,数据链路层在数据实体之间建立数据链路连接,传输以帧为单位的数据包,在采用差错控制和流量控制方法,是有差错的物理链路便成无差错的数据链路;
网络层:
为分组通过网络选择合适的路径,实现路由选择和分组转发拥塞控制等;
传输层:
向用户提供的端到端服务,处理数据报错误,数据包次序,向高层屏蔽了下层数据通讯细节;
会话层:
维护两个计算机之间的传输链接,保证点到点传输不中断,以及管理数据交换等;
表示层:
用于处理两个通信系统中交换信息的表示方式,主要有数据格式交换,数据加密数据解秘,数据压缩等;
应用层:
为应用软件提供服务。
物理层常用的传输媒体,各有的特点:
一、双绞线
特点:
(1)抗电磁干扰
(2)模拟传输和数字传输都可以使用双绞线
二、同轴电缆
特点:
同轴电缆具有很好的抗干扰特性
三、光纤
特点:
(1)传输损耗小,中继距离长,对远距离传输特别经济;
(2)抗雷电和电磁干扰性能好;
(3)无串音干扰,保密性好,也不易被窃听或截取数据;
(4)体积小,重量轻。
四、电磁波
优点:
(1)微波波段频率很高,其频段范围也很宽,因此其通信信道的容量很大;
(2)微波传输质量较高;
(3)微波接力通信的可靠性较高;
(4)微波接力通信与相同容量和长度的电缆载波通信比较,建设投资少,见效快。
缺点:
(1)相邻站之间必须直视,不能有障碍物。
(2)微波的传播有时也会受到恶劣气候的影响;
(3)与电缆通信系统比较,微波通信的隐蔽性和保密性较差
(4)对大量的中继站的使用和维护要耗费一定的人力和物力
常用的两种物理层编码方法及其特点:
曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码
曼彻斯特编码是将每一个码元再分成两个相等的间隔。
码元1是在前一个间隔为高电平而后一个间隔为低电平。
码元0则正好相反,从低电平变到高电平。
这种编码的好处是可以保证在每一个码元的正中间出现一次电平的转换,这对接收端的提取位同步信号是非常有利的。
缺点是它所占的频带宽度比原始的基带信号增加了一倍。
差分曼彻斯特编码的规则是若码元为1,则其前半个码元的电平与上一个码元的后半个码元的电平一样;但若码元为0,则其前半个码元的电平与上一个码元的后半个码元的电平相反。
不论码元是10或,在每个码元的正中间的时刻,一定要有一次电平的转换。
差分曼彻斯特编码需要较复杂的技术,但可以获得较好的抗干扰性能。
三种交换技术的主要优缺点:
答:
(1)电路交换电路交换就是计算机终端之间通信时,一方发起呼叫,独占一条物理线路。
当交换机完成接续,对方收到发起端的信号,双方即可进行通信。
在整个通信过程中双方一直占用该电路。
它的特点是实时性强,时延小,交换设备成本较低。
但同时也带来线路利用率低,电路接续时间长,通信效率低,不同类型终端用户之间不能通信等缺点。
电路交换比较适用于信息量大、长报文,经常使用的固定用户之间的通信。
(2)报文交换将用户的报文存储在交换机的存储器中。
当所需要的输出电路空闲时,再将该报文发向接收交换机或终端,它以“存储——转发”方式在网内传输数据。
报文交换的优点是中继电路利用率高,可以多个用户同时在一条线路上传送,可实现不同速率、不同规程的终端间互通。
但它的缺点也是显而易见的。
以报文为单位进行存储转发,网络传输时延大,且占用大量的交换机内存和外存,不能满足对实时性要求高的用户。
报文交换适用于传输的报文较短、实时性要求较低的网络用户之间的通信,如公用电报网。
(3)分组交换分组交换实质上是在“存储——转发”基础上发展起来的。
它兼有电路交换和报文交换的优点。
分组交换在线路上采用动态复用技术传送按一定长度分割为许多小段的数据——分组。
每个分组标识后,在一条物理线路上采用动态复用的技术,同时传送多个数据分组。
把来自用户发端的数据暂存在交换机的存储器内,接着在网内转发。
到达接收端,再去掉分组头将各数据字段按顺序重新装配成完整的报文。
分组交换比电路交换的电路利用率高,比报文交换的传输时延小,交互性好。
成帧方法:
(1)字节计数法
这是一种以一个特殊字符表征一帧的起始并以一个专门字段来标明帧内字节数的帧同步方法。
接收方可以通过对该特殊字符的识别从比特流中区分出帧的起始并从专门字段中获知该帧中随后跟随的数据字节数,从而可确定出帧的终止位置。
由于采用字符计数方法来确定帧的终止边界不会引起数据及其它信息的混淆,因而不必采用任何措施便可实现数据的透明性(即任何数据均可不受限制地传输)。
缺点:
帧头出错不光影响本数据帧,还影响后续的帧。
(2)使用字符填充的首尾定界符法
该法用一些特定的字符来定界一帧的起始与终止,为了不使数据信息位中出现的与特定字符相同的字符被误判为帧的首尾定界符,可以在这种数据字符前填充一个转义控制字符(DLE)以示区别,从而达到数据的透明性。
(3)使用比特填充的首尾标志法
该法以一组特定的比特模式(如01111110)来标志一帧的起始与终止。
本章稍后要详细介绍的HDLC规程即采用该法。
为了不使信息位中出现的与特定比特模式相似的比特串被误判为帧的首尾标志,可以采用比特填充的方法。
比如,采用特定模式01111110,则对信息位中的任何连续出现的五个“1”,发送方自动在其后插入一个“0”,而接收则做该过程的逆操作,即每接收到连续五个“1”,则自动删去其后所跟的“0”,以此恢复原始信息,实现数据传输的透明性。
比特填充很容易由硬件来实现,性能优于字符填充方法。
(4)违法编码法
该法在物理层采用特定的比特编码方法时采用。
例如,一种被称作曼彻斯特编码的方法,是将数据比特“1”编码成“高-低”电平对,而将数据比特“0”编码成“低-高”电平对。
而“高-高”电平对和“低-低”电平对在数据比特中是违法的。
可以借用这些违法编码序列来定界帧的起始与终止。
局域网IEEE802标准中就采用了这种方法。
违法编码法不需要任何填充技术,便能实现数据的透明性,但它只适用于采用冗余编码的特殊编码环境。
由于字节计数法中count字段的脆弱性(其值若有差错将导致灾难性后果)以及字符填充法实现上的复杂性和不兼容性,目前较普遍使用的帧同步法是比特填充和违法编码法。
纠错码的介绍:
最简单的奇偶检错码,能纠1bit的海明码,只能检错的循环冗余码CRC
解决差错问题的方法有两种:
一种是在要发送的数据中加入一定的冗余位,使接收方能知道数据是否出错,但不知道是哪里出错,这种编码方法叫差错检测码,或简称检错码。
另一种是在要发送的数据中加入足够多的冗余位,使接收方能纠正出错的位,这种编码方法叫差错校正码,或简称纠错码。
码字定义:
一帧由m个数据位(即报文)和r个冗余位(即校验位)组成,设总长度为n(n=m+r),此长度为n的单元称为n位码字。
海明距离定义:
两个码字不同的位的数目称为海明距离。
例如,10001001与10110001它们的海明距离为3。
对于n位码字的集合,只有2^m个码字是有效的,在任意两个有效码字间找出具有最小海明距离的两个码字,该海明距离便定义为全部码字的海明距离。
一种编码的检错和纠错能力取决于编码后码字的海明距离的大小。
为了检测出d个比特的错,需要使用距离为d+1的编码。
例如:
数据后加奇偶校验位,编码后的海明距离为2,能检测1比特错。
为了纠正d个比特的错,必须用距离为2d+1的编码。
例如有4个有效码字:
它们是0000000000,0000011111,1111100000,1111111111,海明距离为5,能纠正2比特错。
海明在1950年提出一种编码来纠正单比特错的编码。
该编码是将码字内的位从左到右依次编号,编号为2的幂的位是校验位(如第1,2,4,8…),其余为信息位。
局域网三种介质访问控制方法之CSMA/CD:
局域网介质访问控制方法主要有三种:
载波侦听多路访问/冲突检测法(CSMA/CD)、令牌环访问控制方式、令牌总线访问控制方式。
CSMA/CD法载波监听多路访问/冲突检测法:
是一种适合于总线结构的具有信道检测功能的分布式介质访问控制方法;其控制手段称之为“载波侦听”。
1、载波监听多路访问CSMA算法
(1)非坚持算法
工作站检测到信道被占用,延迟一个随机时间,然后再检测;不断重复上述过程,直到发现信道空闲,开始发送信息;也称为非持续的载波监听多点访问。
(2)1-坚持算法
工作站检测到信道被占用后,继续侦听;一直等到信道空闲,立即发送数据,也称持续的载波侦听多点访问。
(3)P-坚持算法
监听到信道空闲时,以概率P发送数据,而以概率1-P延迟一段时间后,重新监听信道。
具体实现时,选择0~1之间的随机数I。
若I≤p,则发送数据,否则延迟时间重新监听。
2、CSMA/CD的内容
两个方面的内容:
载波侦听(CSMA)、冲突检测(CD)。
(1)具有冲突检测的CSMA/CD
工作过程:
(1)先侦听信道,如果信道空闲则发送信息。
(2)如果信道忙,则继续侦听,直到信道空闲时立即发送。
(3)发送信息后进行冲突检测,有冲突,立即停止发送,并向总线发出阻塞信号,通知总线上站点发生冲突,重新侦听与竞争。
(4)已发出信息的各站点收到阻塞信号后,等待一段随机时间,重新进入侦听发送阶段。
实现冲突检测的方法:
(1)比较接收到的信号的电压大小;
(2)站点在发送帧时也同时进行接收。
CSMA/CD主要特点:
(1)原理简单,技术易实现,网络各工作站处于同等地位,不需要集中控制。
(2)无优先级控制,各节点争用总线。
(3)负载增大时,发送信息所需要等待的时间较长。
截断二进制指数退避算法:
CSMA/CD就像在没有主持人的座谈会中,所有的参加者都通过一个共同的媒介(空气)来相互交谈。
每个参加者在讲话前,都礼貌地等待别人把话讲完。
如果两个客人同时开始讲话,那么他们都停下来,分别随机等待一段时间再开始讲话。
这时,如果两个参加者等待的时间不同,冲突就不会出现。
如果传输失败超过一次,将采用退避指数增长时间的方法(退避的时间通过截断二进制指数退避算法来实现)。
二进制指数退避算法:
1)确定基本退避时间(基数),一般定为2τ,也就是一个争用期时间,对于以太网就是51.2μs
2)定义一个参数K,为当前重传的次数,K=min[重传次数,10],可见K≤10
3)从离散型整数集合[0,1,2,……,(2^k-1)]中,随机取出一个数记做R,那么重传所需要的退避时间为R倍的基本退避时间:
即:
T=R×2τ。
4)同时,重传也不是无休止的进行,当重传16次不成功,就丢弃该帧,传输失败,报告给高层协议
举例:
如果第二次发生碰撞:
n=2
k=MIN(2,10)=2
R={0,1,2,3)
延迟时间={0,51.2us,102.4us,153.6us}其中任取一值
面向连接服务与无连接服务各自的特点:
面向连接服务在数据交换之前必须先建立连接,保留下层的有关资源,数据交换结束后,应终止这个连接,释放所保留的资源。
而对无连接服务,两个实体之间不建立连接就可以通信,在数据传输时动态地分配下层资源,不需要事先进行预保留。
从多个方面比较虚电路和数据报这两种服务的优缺点
答:
(1)在传输方式上,虚电路服务在源、目的主机通信之前,应先建立一条虚电路,然后才能进行通信,通信结束应将虚电路拆除。
数据报无需;
(2)从地址设置看,虚电路每个分组含有一个短的虚电路号,数据报有完整地址;
(3)从路由选择及影响来看,虚电路建好时,路由就已确定,所有分组都经过此路由,数据报的每个分组独立选择路由。
路由器失败时,所有经过路由器的虚电路都将被终止,数据报服务则除了崩溃时全丢失分组外,无其他影响;
(4)关于分组顺序:
虚电路服务能保证分组按发送顺序到达目的主机。
数据报服务不能保证数据报按序列到达目的主机。
(5)可靠性与适应性:
虚电路服务比数据报服务的可靠性高。
数据报服务的适应性比虚电路服务强。
(6)在拥塞控制方面,若有足够的缓冲区分配给已经建立的每条虚电路,拥塞较容易控制,而数据报服务难以控制拥塞。
(7)关于平衡网络流量:
数据报服务既平衡网络中的信息流量,又可使数据报得以更迅速地传输。
而在虚电路服务中,一旦虚电路建立后,中继结点是不能根据流量情况来改变分组的传送路径的。
综上所述,虚电路服务适用于交互作用,不仅及时、传输较为可靠,而且网络开销小。
数据报服务适用于传输单个分组构成的、不具交互作用的信息以及对传输要求不高的场合。
链路状态路由算法、距离矢量路由算法:
(略)
还没总结完,另外还有补充的考点是:
1.TCP协议格式中序列号与确认号如何设置、TCP流量控制和拥塞控制。
2.第六章PPT中的习题
3.如何划分子网、如何将多个网段聚合为一个更大的超网
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