计算机网络课程总结

湖南科技大学计算机科学与工程学院计算机网络（第5版）课程总结湖南科技大学计算机科学与工程学院(1)掌握计算机网络的基本概念、基本原理和基本方法。(2)掌握计算机网络的体系结构和典型网络协议，了解典型网络设备的组成和特点，理解典型网络设备的工作原理。(3)能够运用计算机网络的基本概念、基本原理和基本方法进行网络系统的分析、设计和应用。基本要求湖南科技大学计算机科学与工程学院主要内容计算机网络体系结构物理层数据链路层网络层传输层应用层网络安全湖南科技大学计算机科学与工程学院计算机体系结构计算机网络概述计算机网络的概念、组成与功能计算机网络的分类计算机网络的性能计算机网络体系结构与参考模型计算机网络分层结构计算机网络协议、接口、服务等概念ISO/OSI参考模型和TCP/IP模型湖南科技大学计算机科学与工程学院物理层（1）数据通信基础信道、信号、带宽、码元、波特率、速率等基本概念奈奎斯特定理与香农定理编码与调制交换技术数据报与虚电路传输介质双绞线、同轴电缆、光纤与无线传输介质物理层接口的特性湖南科技大学计算机科学与工程学院物理层（2）信道复用技术频分多路复用、时分多路复用、波分多路复用、码分多路复用的概念和基本原理湖南科技大学计算机科学与工程学院数据链路层（1）组帧差错控制流量控制与可靠传输机制流量控制、可靠传输与滑轮窗口机制单帧滑动窗口与停止-等待协议多帧滑动窗口与后退N帧协议(GBN)多帧滑动窗口与选择重传协议(SR)湖南科技大学计算机科学与工程学院数据链路层（2）介质访问控制ALOHA协议;CSMA协议;CSMA/CD;CSMA/CA协议轮询介质访问访问控制：令牌传递协议局域网局域网的基本概念与体系结构以太网与IEEE802.3IEEE802.11令牌环网的基本原理湖南科技大学计算机科学与工程学院数据链路层（3）广域网广域网的基本概念PPP协议HDLC协议数据链路层设备网桥局域网交换机及其工作原理湖南科技大学计算机科学与工程学院网络层（1）网络层的功能异构网络互联路由与转发路由算法静态路由与动态路由距离-向量路由算法链路状态路由算法层次路由湖南科技大学计算机科学与工程学院网络层（2）IPv4IPv4地址子网划分与子网掩码、CIDRARP协议、DHCP协议与ICMP协议VPN与NATIPv6IPv6地址IPv6的主要特点湖南科技大学计算机科学与工程学院网络层（3）Internet路由协议自治系统域内路由与域间路由RIP路由协议OSPF路由协议BGP路由协议网络层设备路由器的组成和功能路由表与路由转发湖南科技大学计算机科学与工程学院传输层传输层提供的服务传输层的功能传输层寻址与端口无连接服务与面向连接服务UDP协议TCP协议TCP连接管理TCP可靠传输TCP流量控制与拥塞控制湖南科技大学计算机科学与工程学院应用层（1）网络应用模型客户/服务器模型P2P模型DNS系统层次域名空间域名服务器域名解析过程湖南科技大学计算机科学与工程学院应用层（2）FTPFTP协议的工作原理控制连接与数据连接电子邮件电子邮件系统的组成结构电子邮件格式与MIMESMTP协议与POP3协议湖南科技大学计算机科学与工程学院应用层（3）的概念与组成结构HTTP协议湖南科技大学计算机科学与工程学院网络安全（1）网络安全概述面临的威胁计算机网络安全的内容两类密码体制对称密钥密码体制公钥密码体制数字签名鉴别湖南科技大学计算机科学与工程学院网络安全（2）密钥分配对称密钥分配公钥分配链路加密与端到端加密链路加密端到端加密防火墙湖南科技大学计算机科学与工程学院计算机网络概述—概念、组成与功能1、计算机网络的概念、组成与功能计算机概念：一些相互连接的、以共享资源为目的的、自治的计算机的集合[TANE96]。计算机网络的组成：计算机、网络操作系统、传输介质（有线和无线）以及相应的软件（协议）四部分。计算机网络的功能：连通性和资源共享（软件资源和硬件资源）。湖南科技大学计算机科学与工程学院计算机网络概述—分类2、计算机网络的分类（1）不同作用范围的网络广域网WAN城域网MAN局域网LAN个人区域网PAN（2）不同使用者的网络：公用网专用网湖南科技大学计算机科学与工程学院计算机网络概述—性能3、计算机网络的的性能指标速率带宽吞吐量时延总时延=发送时延+传播时延+处理时延+排队时延时延带宽积往返时间RTT利用率湖南科技大学计算机科学与工程学院计算机网络体系结构与参考模型1、计算机网络分层结构“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就比较易于研究和处理。分层的好处：各层之间是独立的；灵活性好；结构上可分割开；易于实现和维护；能促进标准化工作。层数多少要适当：若层数太少，就会使每一层的协议太复杂；层数太多又会在描述和综合各层功能的系统工程任务时遇到较多的困难。湖南科技大学计算机科学与工程学院计算机网络体系结构与参考模型2、计算机网络协议、接口、服务等概念网络协议(networkprotocol)，简称为协议：为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定。协议包括语法、语义和同步3个要素。接口：同一传输实体的相邻层间通过接口进行信息传递。实体：任何可发送或接收信息的硬件或软件进程。在协议的控制下，两个对等实体间的通信使得本层能够向上一层提供服务。湖南科技大学计算机科学与工程学院计算机网络体系结构与参考模型本层的服务用户只能看见服务而无法看见下面的协议。下面的协议对上面的服务用户是透明的。协议是“水平的”，即协议是控制对等实体之间通信的规则。服务是“垂直的”，即服务是由下层向上层通过层间接口提供的。同一系统相邻两层的实体进行交互的地方，称为服务访问点SAP(ServiceAccessPoint)。湖南科技大学计算机科学与工程学院计算机网络体系结构与参考模型3、ISO/OSI参考模型和TCP/IP模型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。是计算机网络及其部件所应完成的功能的精确定义。ISO/OSI参考模型和TCP/IP模型。掌握各层的基本功能。湖南科技大学计算机科学与工程学院计算机网络体系结构与参考模型湖南科技大学计算机科学与工程学院数据通信基础1、术语信道：信号的传输媒质，可分为有线信道和无线信道两类。信号：数据的电气的或电磁的表现。码元：在使用时间域（或简称为时域）的波形表示数字信号时，代表不同离散数值的基本波形。波特率：信号每秒钟变化的次数。比特率：信号每秒钟传输的二进制位数。湖南科技大学计算机科学与工程学院数据通信基础带宽：包括信道的带宽和信号的带宽。我们把信号在经过信道时其中某个频率分量的振幅衰减到原来的0.707(即信号的能量衰减到原来的一半)时所对应的频率称为信道的截止频率fc(cut-offfrequency)，即信道的带宽；信号频谱图所覆盖的频率范围称为信号的绝对带宽，我们将信号大部分能量集中的那段频带称为信号的有效带宽，简称为带宽(Bandwidth)。湖南科技大学计算机科学与工程学院数据通信基础基带信号（即基本频带信号）：来自信源的信号。像计算机输出的代表各种文字或图像文件的数据信号都属于基带信号。基带信号往往包含有较多的低频成分，甚至有直流成分，而许多信道并不能传输这种低频分量或直流分量。因此必须对基带信号进行调制(modulation)。带通信号：把基带信号经过载波调制后，把信号的频率范围搬移到较高的频段以便在信道中传输（即仅在一段频率范围内能够通过信道）。湖南科技大学计算机科学与工程学院数据通信基础2、奈奎斯特定理与香农定理Nyquist证明对于一个带宽为H的连续信号，如果要对其进行数字化，采样速率为2H。Nyquist推导出带宽为H的理想(无噪声)信道的最大数据传输率为：Rmax=2H*log2V(bps)其中V为采样值的量化等级。湖南科技大学计算机科学与工程学院数据通信基础2、奈奎斯特定理与香农定理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。信道的极限信息传输速率C可表达为C=Wlog2(1+S/N)b/sW为信道的带宽（以Hz为单位）；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。湖南科技大学计算机科学与工程学院数据通信基础2、奈奎斯特定理与香农定理信噪比S/N其中信号功率与噪声功率的比值称为信噪比(Signal-to-NoiseRatio)；我们一般使用10log10S/N分贝(dB)来表示信噪比。湖南科技大学计算机科学与工程学院数据通信基础3、编码与调制编码不归零制编码NRZ（Non-ReturntoZero）：将数值1映射为高信号，数值0映射为低信号。NRZ的问题：几个连续的1表示在一段时间内信号在链路上保持为高信号，类似地，几个连续的0表示信号在一段时间内保持低信号。一长串的0和1引出两个基本问题：一是导致基线漂流（baselinewander）的状态；二是时钟恢复问题（clockrecovery）（时钟漂移）。湖南科技大学计算机科学与工程学院数据通信基础NRZI（Non-ReturntoZeroInverted）：不归零反转，发送方以当前信号的一个跳变编码一个1，以保持当前信号编码一个0。显然解决了连续1的问题，但未能解决连续0的问题。曼彻斯特编码（Manchesterencoding）：每一位的周期分成两个相等的间隔。二进制“1”位在发送时，在第一个间隔中为高电压，在第二个间隔中为低电压；二进制“0”正好相反。优点在于收发双方很容易同步，缺点在于所要求的带宽是直接二进制编码的两倍。是一种自同步编码。湖南科技大学计算机科学与工程学院数据通信基础差分曼彻斯特编码（differentialManchesterencoding）：是曼彻斯特编码的一个变种。如果在间隔的起始处没有相变，则表示位“1”，相反则表示“0”。也是一种自同步编码。湖南科技大学计算机科学与工程学院数据通信基础4B/5B编码：4B/5B编码可能的4比特数据符号（24=16种）相应的5比特代码有32个（25），但我们使用其中16个（有7个因违反规则而无效，其余8个作为它用，如11111可用于表示线路空闲等）。4比特数据符号5比特编码4比特数据符号5比特编码000011110100010010000101001100110011001010100101010110001110101101110111010001010110011010010101011110111011011001110111011100011101111111111101湖南科技大学计算机科学与工程学院数据通信基础调制最基本的二元制调制方法有以下几种：调幅(AM)：载波的振幅随基带数字信号而变化。调频(FM)：载波的频率随基带数字信号而变化。调相(PM)：载波初始相位随基带数字信号变化。湖南科技大学计算机科学与工程学院数据通信基础010011100基带信号调幅调频调相湖南科技大学计算机科学与工程学院数据通信基础调制正交振幅调制QAMr(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4bit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4bit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。湖南科技大学计算机科学与工程学院数据通信基础4、交换技术电路交换原理：在采用电路交换技术的网络中，传输双方在传输之前通过呼叫建立一条物理线路，该线路的带宽是固定的，而且该物理线路一直保持到双方通话结束才释放。特点：电路交换技术