计算机网络笔记

《计算机网络》第五版复习笔记第1章绪论因特网1.因特网组成P81.边缘部分，用户直接使用，用来进行通信（传送数据、音频或视频）和资源共享；2.核心部分，由大量网络和连接这些网络的路由器（边缘部分，称端系统(endsystem)）组成。提供连通性和交换。2.处于边缘部分的用户通信方式P9-101.客户服务器方式（C/S方式），即Client/Server方式。（客户是服务的请求方，服务器是服务的提供方）2.对等方式（P2P方式），即Peer-to-Peer方式。（对等连接中的每一个主机既是客户又同时是服务器。）3.交换技术：电路交换、分组交换、报文交换P11-151.电路交换的三个阶段：建立连接，通话，释放连接。在通话时，两用户间占用端到端的资源，而由于绝大部分时间线路是空闲的，所以线路的传输速率往往很低。2.分组交换组成：报文、首部、分组。采用存储转发技术，即收到分组——储存分组——查找路由（路由选择协议）——转发分组。优点：高效、灵活、迅速、可靠；缺点：时延、开销。关键构件：路由器3.报文交换：先传送到相邻结点，然后转存4.计算机网络的分类P171.**广域网WAN**（WideAreaNetwork）：因特网的核心部分。2.**城域网MAN**（MetropolitanAreaNetwork）：很多采用以太网技术。3.**局域网LAN**（LocalAreaNetwork）4.**个人区域网PAN**（PersonalAreaNetwork）从网络的使用者进行分类：公用网，专用网性能指标P18:速率、带宽、时延1.速率：b/s（bps）。如100M以太网，实际是指100Mb/s。往往是指额定速率或标称速率。2.带宽：数字信道所能传送的最高速率。3.吞吐量：单位时间内通过某个网络（或信道、接口）的数据量。其绝对上限值等于带宽。4.时延（delay或latency）：数据（一个报文或分组，甚至比特）从网络（或链路）的一段传送到另一端的时间。也称延迟。①发送时延：主机或路由器发送数据帧所需的时间，也就是从发送数据帧的第一个比特算起，到该帧的最后一个比特发送完毕所需的时间。也成传输时延。发送时延=数据帧长度（b）/信道带宽（b/s）②传播时延：电磁波在信道中传输一定距离所需划分的时间。传播时间=信道长度（m）/传输速率（m/s）③处理时延：主机或路由器处理收到的分组所花费的时间。④排队时延：分组在输入队列中等待处理的时间加上其在输出队列中等待转发的时间。综上：总时延=发送时延+传播时延+处理时延+排队时延。注：对于高速网络链路，提高的是发送速率而不是传播速率。5.时延带宽积：传播时延*带宽。表示链路的容量。6.往返时间RTT：从发送方发送数据开始，到发送发收到接收方的确认为止，所花费的时间。7.利用率：某信道有百分之几是被利用的（有数据通过）。而信道或网络利用率过高会产生非常大的时延。当前时延=空闲时时延/（1-利用率）8.计算机网络的体系结构p25分层、协议、服务网络协议的组成要素：语法语义同步五层协议的体系结构（从下向上）：1.物理层主要负责在物理线路上传输原始的二进制数据；2.数据链路层主要负责在通信的实体间建立数据链路连接；3.网络层主要负责创建逻辑链路，以及实现数据包的分片和重组，实现拥塞控制、网络互连等功能；4.运输层负责向用户提供端到端的通信服务，实现流量控制以及差错控制；5.应用层为应用程序提供了网络服务。OSI7层体系结构7应用层6表示层5会话层4传输层3网络层2数据链路层1物理层TCP/IP体系结构应用层、运输层、网际层和网络接口层第2章物理层物理层的主要任务P36物理层特性：机械、电气、功能、过程传输媒体P40传输媒体包括导向传输媒体和非导向传输媒体：导向：双绞线包括屏蔽双绞线STP(ShieldedTwistedPair)和无屏蔽双绞线UTP(UnshieldedTwistedPair)同轴电缆光缆，光纤通常由低折射率的包层和高折射率的纤芯构成。光线在纤芯中传输的方式是不断地全反射。分为单模光纤（成本高衰耗小）和多模光纤（适合近距离传输）。通常将一段段点到点的链路串接起来构成环路，通过T形接口连接到计算机。架空明线非导向：无线传输所使用的频段很广短波通信主要是靠电离层的反射，但短波信道的通信质量较差微波在空间主要是直线传播，传统主要两种方式：地面微波接力通信（容量大）和卫星通信（传播时延大）数据通信基本概念：通信方式、调制技术P37数据通信系统可划分为：源系统，传输系统，目的系统通信方式：单向（单工）、双向交替（半双工）、双向同时（全双工）基本二元调整方法：调幅(AM)、调频(FM)、调相(PM)模拟（连续）信号：消息的参数的取值是连续的。数字（离散）信号：取值是离散的。信道极限容量影响码元传输速率的因素P39信道极限信息传输速率信噪比信道极限信息传输速率：仙农公式P39信道能够通过的频率范围——信道的频带越宽，即能够通过的高频分量越多，则可以用更高的速率传送码元而不出现码间串扰。信噪比——信道的带宽或信道中的信噪比越大，信息的极限传输速率也就越高。信噪比：信号的平均功率与噪声的平均功率的比值。信噪比(dB)=10log10(S/N)(dB)香农公式，信道的极限信息传输速率C：C=Wlog2(1+S/N)(b/s)W为信道带宽(Hz)，S是信号功率，N是噪声功率信道复用技术--频分复用、时分复用、波分复用P47频分复用FDM(FrequencyDivisionMultiplexing)：所有用户在同样的时间占用不同的频率带宽资源。时分复用TDM(TimeDivisionMultiplexing)则是将时间划分为一段段等长的时分复用帧（TDM帧）。每一个时分复用的用户在每一个TDM帧中占用固定序号的时隙。每一个用户所占用的时隙是周期性地出现（其周期就是TDM帧的长度）。TDM信号也称为等时(isochronous)信号。统计时分复用STDM(StatisticTDM)是改进的时分复用，明显地提高信道的利用率。波分复用WDM(WavelengthDivisionMultiplexing)：光的频分复用码分复用CDM(CodeDivisionMultiplexing)常用的名词是码分多址CDMA：有很强的抗干扰能力。每一个比特时间划分为m个短的间隔，称为码片(chip)数字传输系统—PCMP53PCM转换过程：模拟信号-数字信号采样-量化-编码采样频率：8KHz；采样周期：125us速率：每秒8000个8位二进制，64kb/s利用时分复用封装成帧不足：速率标准不统一不是同步传输第3章数据链路层数据链路层使用的信道主要有以下两种类型：点对点信道、广播信道。数据链路层传送的是帧。数据链路层三大主要功能—封装成帧、透明传输、差错检测P65封装成帧(framing)就是在一段数据的前后分别添加首部（帧开始符SOH01）和尾部（帧结束符EOT04），然后就构成了一个帧。（数据部分=长度限制MTU）首部和尾部的一个重要作用就是进行帧定界。解决透明传输问题：在数据中出现控制字符“SOH”或“EOT”的前面插入一个转义字符“ESC”(十六进制1B)在一段时间内，传输错误的比特占所传输比特总数的比率称为误码率BER。差错检测在数据后面添加上的冗余码称为帧检验序列FCS，CRC是一种常用的检错方法，而FCS是添加在数据后面的冗余码。FCS可以用CRC这种方法得出，但CRC并非用来获得FCS的唯一方法。PPP协议P701.应用环境：点对点信道、拨号用户与ISP之间2.组成及帧格式3.组成：一个将IP数据报封装到串行链路的方法。链路控制协议LCP(LinkControlProtocol)。网络控制协议NCP(NetworkControlProtocol)。PPP协议的帧格式：F=0x7E，A=0xFF，C=0x03。2个字节的协议字段：0x0021，IP数据报；0xC021,PPP链路控制数据；0x8021，网络控制数据。信息部分不超过1500字节。尾部为FCS。所有的PPP帧的长度都是整数字节。4.透明传输技术：字节填充、零比特填充5.当PPP用在异步传输时，就使用一种特殊的字符填充法：将每一个0x7E字节变为(0x7D,0x5E)，0x7D转变成为(0x7D,0x5D)。ASCII码的控制字符（即数值小于0x20的字符），则在前面要加入0x7D，同时将该字符的编码加以改变。同步传输时PPP协议采用零比特填充方法来实现透明传输：在连续5个1时马上添加0。6.PPP协议的工作状态：链路静止-建立物理层-链路建立-pc发LCP-NCP分配IP地址-链路打开，网络层建立。（释放时倒过来）局域网拓扑、工作层次P77星形网（hub），环形网（令牌），总线网，树形网。局域网工作的层次跨越了数据链路层与物理层，不需要网络层及高层CSMA/CD协议要点、计算最短有效帧长P79-83载波监听多点接入/碰撞检测CSMA/CD。“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，“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。当一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，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。电磁波在1km电缆传播时延约5μs。把总线上的单程端到端传播时延记为τ，A发送数据后，最迟要经过2τ才能知道自己发送的数据和其他站发送的数据有没有发生碰撞。使用CSMA/CD协议的以太网不可能进行全双工通信而只能进行双向交替通信（半双工通信）。退避算法：确定基本退避时间，一般是取为争用期2τ。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。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。以太网取51.2µs为争用期的长度，可根据此算出最短有效帧长为64字节，帧间最小间隔为9.6µs。以太网1.网卡及MAC地址P87网络接口卡NIC“MAC地址”实际上就是适配器地址或适配器标识符EUI-48。高位24位：厂家，低位24位由厂家自行指派2.MAC帧-理解P89以太网的MAC帧格式：目的地址字段6字节，源地址字段6字节，类型字段2字节（标志上一层使用的是什么协议），数据字段46~1500字节，FCS字段4字节。前面插入的8字节中，7个字节是前同步码1个是帧开始定界符。以太网的扩展1.在物理层扩展—集线器P912.在数据链路层扩展—网桥（自学习算法）P94网桥使各网段成为隔离开的碰撞域，网桥不改变它转发的帧的源地址，在转发帧之前必须执行CSMA/CD算法。当网桥收到一转发帧时，先查找自己的转发表中是否有源地址，若没有则添加此项。3.虚拟局域网-交换机P98多接口网桥即交换式集线器常称为以太网交换机。利用以太网交换机可以很方便地实现虚拟局域网，虚拟局域网协议允许在以太网的帧格式中插入一个4字节的标识符，称为VLAN标记。第4章网络层网络层两种服务P109虚电路服务和数据报服务网际协议IP—虚拟互连网络物理层中继系统：转发器(repeater)。数据链路层中继系统：网桥或桥接器(bridge)。网络层中继系统：路由器(router)。网桥和路由器的混合物：桥路器(brouter)。网络层以上的中继系统：网关(gateway)。分类IP：类别、表示方法P113IP地址就是给每个连接在因特网上的主机（或路由器