计算机网络 期末复习

计算机网络复习课题型占比：计算选择简答填空最终成绩结合平时、期中考、期末考实验报告务必在考试前发我QQ邮箱第一章计算机网络概述1.1计算机网络定义1.2计算机网络发展历程1.3网络标准化组织1.4计算机网络分类1.5计算机网络体系结构1.6相关性能指标1.1计算机网络定义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。（三个要点：）资源的共享。自治计算机。通信必须遵循共同的网络协议。三网：电信网、有线电视网、计算机网1.2因特网发展概述因特网起源于美国，ARPANET。计算机网络的发展分离出资源子网和传输子网。注意internet和Internet；网络和互联网的区别。(a)(b)网络互联网（网络的网络）结点链路数据交换技术电路交换报文交换分组交换((((交换机交换机交换机交换机用户线用户线中继线中继线BDCA三种交换的比较报文报文报文ABCDABCDABCD报文交换电路交换分组交换t连接建立数据传送报文连接释放数据传送的特点比特流直达终点报文报文报文分组分组分组存储转发存储转发存储转发存储转发1.4计算机网络的分类按覆盖范围局域网(LAN，LocalAreaNetwork)；一个冲突域，内网IP，可广播。城域网(MAN，MetropolitanAreaNetwork)；广域网(WAN，WideAreaNetwork)。公网IP，点对点通信。1.5计算机网络体系结构OSI的7层参考模型层、协议和接口的概念第3层第3层第3层协议3/2层接口第2层第2层第2层协议2/1层接口第1层第1层第1层协议物理媒介主机A主机BOSI模型各层次功能总结应用层（报文）负责用户信息的语义表示，即相当于：做什么？表示层（报文）解决用户信息的语法表示，即相当于：任务怎么描述？会话层（报文）会话的管理与数据传输的同步，即相当于：从何时、何处开始？传输层（报文）建立一条运输的连接，即相当于：对方在何处？网络层（分组或包）选择合适的路由，即相当于：走哪条路可到达该处？数据链路层（帧）在链路上无差错地传送帧，即相当于：每一步应该怎样走？物理层（比特）将比特流送到物理媒体上传送，即相当于：怎样利用物理媒体？第1层：物理层(Physical)功能：实现在物理媒体上透明地传送原始比特流。该层解决物理上点到点的传输问题，每一个二进制位能够收到、正确的识别。定义怎样代表0、1（如一个波形是01还是0011）物理层的特性包括：机械特性：物理连接器的尺寸、形状、规格电气特性：信号电平，脉冲宽度，频率，数据传送速率，最大传送距离等功能特性：接口引脚的功能作用规程特性：同步时序，应答关系，操作过程（举例：如何判断开始和结束，10101010×7+10101011）串行和并行带内（地址数据控制一起传）和带外（多类总线）TCP/IP模型中的网络接口层，对应OSI模型的物理层和数据链路层物理层解决不了的问题：1.在总线型拓扑结构下怎么办2.接收到原始比特流，如何判断有没有出错？单纯依靠物理层，无法完全解决无差错的点到点的传输。第2层：数据链路层(DataLink)在物理线路上提供可靠的数据传输，使之对网络层呈现为一条无错的线路。要解决的问题：物理地址；（MAC一致接收，否则不接收。）组帧：把数据封装在帧中，增加控制信息，按顺序传送，并处理返回的确认帧；定界与同步：产生/识别帧边界；差错控制：校验、恢复流量控制：收发双方传输速率的匹配。信道的访问控制通信子网为什么还需要网络层通信子网是由多个节点组成的，拓扑结构复杂如何选择路径？第3层：网络层(Network)在源结点与目的结点之间提供端到端的数据传输。端到端和点到点的区别？作为通信子网的最高层，为资源子网提供服务。功能和服务最佳路由选择（基于IP地址）数据分组转发（可能要切割数据分组）流量控制和拥塞控制差错检测与恢复（和数据链路层类似）审计：流量统计和记账（例如黑客攻击，来自哪里？）第4层：传输层(Transport)为源端主机到目的端主机提供可靠的数据传输服务；注意，传输层和网络层的端到端的区别（对等实体）。功能：屏蔽各类通信子网的差异，使上层不受通信子网技术变化的影响。弥补资源子网和通信子网间的差异（上层的通信要求无法满足，例如，视频点播可用带宽的需求：缓冲、自适应；）提供进程级通信能力进程级：一台电脑有多个网络应用，数据对应哪个？端口的概念第5/7层：应用层(Application)笼统的说，为用户的应用程序提供网络通信服务（可理解为人和网络的接口）功能：识别并证实目的通信方的可用性使协同工作的应用程序之间进行同步判断是否为通信过程申请了足够的资源……协议种类非常多（POP、FTP……）会话层、表示层会话层：建立、管理和终止不同机器上的应用程序之间的会话。会话：完成一项任务而进行的一系列相关的信息交谈表示层：处理被传送数据的表示问题，即信息的语法和语义。1.6计算机网络的性能速率带宽吞吐量时延时延带宽积往返时间利用率1.6.1带宽“带宽”(bandwidth)本来是指信号具有的频带宽度，单位是赫（或千赫、兆赫、吉赫等）。导线自身就是一个电感，而导线与导线之间、导线与地之间便可以组成电容——这就是通常所说的杂散电容或分布电容现在“带宽”是数字信道所能传送的“最高数据率”的同义语，单位是“比特每秒”，或b/s(bit/s，bps)。1.6.2速率bit来源于binarydigit，意思是一个“二进制数字”，因此一个比特就是二进制数字中的一个1或0。速率即数据率(datarate)或比特率(bitrate)是计算机网络中最重要的一个性能指标。速率的单位是b/s（也写作bps，bitpersecond），或kb/s,Mb/s,Gb/s等。注意K、M、G、T什么时候是210，什么时候是103？速率，和时间等有关，是103=1000。比特率的基本单位只有一个bit/s。一千比特每秒，就是1000bit/s。容量，只和数据大小有关是210=1024。Byte，KB，MB，GB都是各自独立的单位，1024进100G硬盘显示为：100*109/1024/1024/1024=93GB1.6.4时延(delay或latency)发送时延（传输时延），可理解为从第一个bit到最后一个bit进入介质的时间，宽带速率提升也是针对发送时延传播时延，可理解为一个bit通过介质的时间处理时延，通信节点处理数据单元花费的时间排队时延1011001…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A中产生处理时延和排队时延数据链路第2章物理层2.1物理层的基本概念2.2数据通信的基础知识2.3物理层下面的传输媒体2.4信道复用技术2.5数字传输系统*2.6宽带接入技术2.1物理层的基本概念物理层的协议又叫做规程。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：物理层的特性包括：机械特性：物理连接器的尺寸、形状、规格电气特性：信号电平，脉冲宽度，频率，数据传送速率，最大传送距离等功能特性：接口引脚的功能作用规程特性：同步时序，应答关系，操作过程（举例：如何判断开始和结束，10101010×7+10101011）串行和并行带内（地址数据控制一起传）和带外（多类总线）2.2数据通信的基础知识单向通信（单工通信）——只能有一个方向的通信而没有反方向的交互。双向交替通信（半双工通信）——通信的双方都可以发送信息，但不能双方同时发送(当然也就不能同时接收)。双向同时通信（全双工通信）——通信的双方可以同时发送和接收信息。（例：电话、计算机网络）（例：对讲机）（例：无线电广播）2.2数据通信的基础知识最基本的二元制调制方法有以下几种：幅移键控(ASK)：载波的振幅随基带数字信号而变化。频移键控(FSK)：载波的频率随基带数字信号而变化。相移键控(PSK)：载波的初始相位随基带数字信号而变化。实际上复杂的多，如正交振幅调制QAM，以特定幅度和相位的组合来代表不同的数字比特编码等对基带数字信号的几种调制方法010011100基带信号调幅调频调相为什么要调制解调19世纪，法国数学家傅立叶证明：任何正常的周期为T的函数g(t)，都可以由无限个正弦和余弦函数组成（不同频率的谐波）不同介质的带宽双绞线：600MHz同轴电缆：1GHz光纤：30000GHz传输速率越高，时域上的变化越快，时域变化越快，频谱就越宽因此物理层的根本任务：根据介质的特性，以合适的方式传输信息。2.3物理层下面的传输媒体传输介质的分类导引型介质如：同轴电缆、双绞线（屏蔽、非屏蔽的区别）、光纤（单模、多模的区别）等。特点：需布线，抗干扰性好非导引型介质通过大气进行各种形式的传播，如：微波、红外线、卫星等。特点：无需布线，抗干扰性差2.4信道复用技术复用(multiplexing)是通信技术中的基本概念。共享信道信道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2.4信道复用技术-时分复用时分复用（以及统计时分复用）ABCDaabbcdbcattttt4个时分复用帧#1④③②①acbcd时分复用#2#3#4用户2.4信道复用技术-频分复用频分多路复用技术FDM2.4信道复用技术-波分复用波分复用就是光的频分复用。1550nm01551nm11552nm21553nm31554nm41555nm51556nm61557nm701550nm11551nm21552nm31553nm41554nm51555nm61556nm71557nm82.5Gb/s1310nm20Gb/s复用器分用器EDFA120km光调制器光解调器2.4信道复用技术-码分复用允许多个用户在同一时刻使用相同频带进行通信原理码的正交：给每一个站点分配一个扩频码或者码片序列。这些码片序列被表示成由＋1和－1组成的序列。每个码片序列和本身点积得到＋1,（和补码点积得到－1），一个码片序列点积不同的码片序列将得到0。CDMA原理-举例例：C1=(-1,-1,-1,-1)C2=(+1,-1,+1,-1)那么：C1×C1=(-1,-1,-1,-1)×(-1,-1,-1,-1)/4=+1C1×-C1=(-1,-1,-1,-1)×(+1,+1,+1,+1)/4=-1C1×C2=(-1,-1,-1,-1)×(+1,-1,+1,-1)/4=0C1×-C2=(-1,-1,-1,-1)×(-1,+1,-1,+1)/4=0这种特性叫做正交性。这些序列叫做Walsh码，可以从一个二进制Walsh矩阵导出。CDMA原理-举例（续）C1=(-1,-1,-1,-1)C2=(+1,-1,+1,-1)发送：当C1要发送1，就发送其码片序列C1发1，C2发1-叠加数据为(0,-2,0,-2)C1发1，C2发-1-叠加数据为(-2,0,-2,0)接收：接收方用C1的码片序列与信号点积(0,-2,0,-2)×(-1,-1,-1,-1)/4=1(-2,0,-2,0)×(-1,-1,-1,-1)/4=12.6宽带接入技术xDSL技术数字技术对现有的模拟电话用户线进行改造，把0~4kHz低端频谱留给传统电话使用，而把原来没有被利用的高端频谱留给用户上网使用。ADSL光纤同轴混合网HFC(HybridFiberCoax)CATVFTTx技术FTTHFTTB第3章数据链路层3.1使用点对点信道的数据链路层3.2点对点协议PPP3.3使用广播信道的数据链路层3.4使用广播信道的以太网3.5扩展的以太网3.6高速以太网3.7其他类型的高速局域网接口3.1使用点对点信道的数据链路层链路(link)是一条无