计算机网络知识点总结-M12软件工程

1一、概论1．计算机网络：一些互相连接的，自治的计算机的集合。按网络的作用范围进行分类：①广域网WAN（通信子网主要使用分组交换技术；将分布在不同地区的计算机系统互连起来，达到资源共享的目的。）、②城域网MAN、③局域网LAN、④个人区域网PAN；按网络的使用者进行分类：①公用网、②专用网；2．网络协议：为进行网络中的数据交换而建立的规则，标准或约定。要素：①语法、②语义、③同步；标准：①使用便于人来阅读和理解的文字描述、②使用让计算机能够理解的程序代码；协议的三要素语法：数据域控制信息的结构或格式语义：需要发出何种控制信息，完成何种动作以及做出何种响应同步：时间实现顺序的详细说明协议各层要完成的功能：①差错控制②流量控制③分段和重装④复用和分用⑤连接建立和释放3．计算机网络的体系结构计算机网络体系结构：计算机网络层次结构模型和各层协议的集合叫做计算机网络体系结构。（1）、OSI七层结构：应用层、表示层、会话层、传输层、网络层、数据链路层、物理层（2）、TCP/IP四层结构：应用层、传输层、网际层（解决不同网络的互联问题）、网络接口层（3）、综合优点的五层模型：应用层、传输层、网络层、数据链路层、物理层（4）、五层协议的网络体系结构的要点，包括各层的主要功能：所谓五层协议的网络体系结构是为便于学习计算机网络原理而采用的综合了OSI七层模型和TCP/IP的四层模型而得到的五层模型。五层协议的体系结构：应用层、运输层、网络层、数据链路层、物理层各层的主要功能：（1）应用层应用层确定进程之间通信的性质以满足用户的需要。应用层不仅要提供应用进程所需要的信息交换和远地操作，而且还要作为互相作用的应用进程的用户代理（useragent),来完成一些为进行语义上有意义的信息交换所必须的功能。(2）运输层任务是负责主机中两个进程间的通信。因特网的运输层可使用两种不同的协议。即面向连接的传输控制协议TCP和无连接的用户数据报协议UDP。面向连接的服务能够提供可靠的交付。无连接服务则不能提供可靠的交付。只是best-effort-delivery.(3)网络层网络层负责为分组选择合适的路由，使源主机运输层所传下来的分组能够交付到目的主机。（4）数据链路层数据链路层的任务是将在网络层交下来的数据报组装成帧（frame)，在两个相邻结点间的链路上实现帧的无差错传输。（5）物理层物理层的任务就是透明地传输比特流。2“透明地传送比特流”指实际电路传送后比特流没有发生变化。物理层要考虑用多大的电压代表“1”或“0”，以及当发送端发出比特“1”时，接收端如何识别出这是“1”而不是“0”。物理层还要确定连接电缆的插头应当有多少根脚以及各个脚如何连接。计算机网络采用层次结构模型好处:(1).各层之间是独立的(2).灵活性好(3).结构上可分割开(4).易于实现和维护(5).能促进标准化工作4、在网络边缘的端系统中运行的程序之间的通信方式通常可划分为两大类：客户服务器方式（C/S方式）即Client/Server方式对等方式（P2P方式）即Peer-to-Peer方式（1）客户(client)和服务器(server)都是指通信中所涉及的两个应用进程。客户服务器方式所描述的是进程之间服务和被服务的关系。客户是服务的请求方，服务器是服务的提供方。（2）对等连接(peer-to-peer，简写为P2P)是指两个主机在通信时并不区分哪一个是服务请求方还是服务提供方。只要两个主机都运行了对等连接软件（P2P软件），它们就可以进行平等的、对等连接通信。双方都可以下载对方已经存储在硬盘中的共享文档。特点对等连接方式从本质上看仍然是使用客户服务器方式，只是对等连接中的每一个主机既是客户又同时是服务器。例如主机C请求D的服务时，C是客户，D是服务器。但如果C又同时向F提供服务，那么C又同时起着服务器的作用5、电路交换、分组交换、报文交换（1）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。电路交换传送计算机数据效率低计算机数据具有突发性。这导致通信线路的利用率很低。（2）分组计划优点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。可靠保证可靠性的网络协议；分布式的路由选择协议使网络有很好的生存性。缺点分组在各结点存储转发时需要排队，这就会造成一定的时延。分组必须携带的首部（里面有必不可少的控制信息）也造成了一定的开销。6、体系结构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。实现(implementation)是遵循这种体系结构的前提下用何种硬件或软件完成这些功能的问题。体系结构是抽象的，而实现则是具体的，是真正在运行的计算机硬件和软件。TCP/IP是四层的体系结构：应用层、运输层、网际层和网络接口层。五层协议的体系结构：应用层运输层网络层数据链路层物理层37、计算机网络的性能指标（1）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，或kb/s,Mb/s,Gb/s等速率往往是指额定速率或标称速率。（2）“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）。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)。（3）吞吐量(throughput)表示在单位时间内通过某个网络（或信道、接口）的数据量。吞吐量更经常地用于对现实世界中的网络的一种测量，以便知道实际上到底有多少数据量能够通过网络。吞吐量受网络的带宽或网络的额定速率的限制。（4）传输时延（发送时延）发送数据时，数据块从结点进入到传输媒体所需要的时间。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。传播时延电磁波在信道中需要传播一定的距离而花费的时间。信号传输速率（即发送速率）和信号在信道上的传播速率是完全不同的概念。处理时延交换结点为存储转发而进行一些必要的处理所花费的时间。排队时延结点缓存队列中分组排队所经历的时延。排队时延的长短往往取决于网络中当时的通信量。（5）时延带宽积链路的时延带宽积又称为以比特为单位的链路长度。（6）利用率信道利用率指出某信道有百分之几的时间是被利用的（有数据通过）。完全空闲的信道的利用率是零。网络利用率则是全网络的信道利用率的加权平均值。信道利用率并非越高越好。发送时延=数据块长度（比特）信道带宽（比特/秒）传播时延=信道长度（米）信号在信道上的传播速率（米/秒）4根据排队论的理论，当某信道的利用率增大时，该信道引起的时延也就迅速增加。若令D0表示网络空闲时的时延，D表示网络当前的时延，则在适当的假定条件下，可以用下面的简单公式表示D和D0之间的关系：U是网络的利用率，数值在0到1之间。UDD105二、物理层1、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：机械特性指明接口所用接线器的形状和尺寸、引线数目和排列、固定和锁定装置等等。电气特性指明在接口电缆的各条线上出现的电压的范围。功能特性指明某条线上出现的某一电平的电压表示何种意义。过程特性指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序。2、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。3、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。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）。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。为了解决这一问题，就必须对基带信号进行调制(modulation)。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)：载波的初始相位随基带数字信号而变化。4、（1）导向传输媒体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）光缆（2）非导向传输媒体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。5、局域网的拓扑结构星型拓扑构型、环型拓扑构型、总线型拓扑结构、树型拓扑结构。6、使用集线器的星形拓扑这种以太网采用星形拓扑，在星形的中心则增加了一种可靠性非常高的设备，叫做集线器(hub)。双绞线使用RJ45水晶头链接，不是使用RJ11水晶头。10BASE-T：10Mb/s的数据率，系带信号，T代表双绞线；10BASE-5：10Mb/s的数据率，系带信号，5代表粗缆，每一段电缆最大长度为500米；10BASE-2：10Mb/s的数据率，系带信号，2代表细缆，每一段电缆最大长度为200米，实际为185米。7、信道复用技术复用是通信技术中的基本概念。常用的复用是波分复用、频分复用FDM和时分复用TDM。（1）频分复用的所有用户在同样的时间占用不同的带宽资源。（2）时分复用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。（3）波分复用WDM就是光的频分复用。（4）码分复用CDM各用户使用经过特殊挑选的不同码型，各用户之间不会造成干扰。这种系统发送的信号有很强的抗干扰能力，其频谱类似于白噪声，不易被敌人发现。每一个比特时间划分为m个短的间隔，称为码片(chip)。每个站被指派一个唯一的mbit码片序列。如发送比特1，则发送自己的6mbit码片序列。如发送比特0，则发送该码片序列的二进制反码。传播时间、传输时间的概念与计算，给定传输数据的大小以及传播距离进行相关计算。7三、数据链路层差错检测\差错控制数据链路层中的链路控制包括以下功能：链路管理；帧同步；流量控制；差错控制；数据链路层三个基本问题：---封装成帧前后分别添加首部和尾部，构成一个帧。帧的数据部分的长度上限----最大传送单元MTU（以太网1500字节）—透明传输用字节填充或字符填充解决透明传输的问题—差错控制广泛采用循环冗余检验CRC：1、数据链路层使用的信道主要有以下两种类型：点对点信道。这种信道使用一对一的点对点通信方式。广播信道。这种信道使用一对多的广播通信方式，因此过程比较复杂。广播信道上连接的主机很多，因此必须使用专用的共享信道协议来协调这些主机的数据发2、数据链路(datalink)除了物理线路外，还必须有通信协议来控制这些数据的传输。若把实现这些协议的硬件和软件加到链路上，就构成了数据链路。现在最常用的方法是使用适配器（即网卡）来实现这些协议的硬件和软件。一般的适配器都包括了数据链路层和物理层这两层的功能。3、三个基本问题（1）封装成帧封装成帧(framing)就是在一段数据的前后分别添加首部和尾部，然后就构成了一个帧。确定帧的界限。首部和尾部的一个重要作用就是进行帧定界。（2）透明传输发送端的数据链路层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”(其十六进制编码是1B)。字节填充(bytestuffing)或字符填充(characterstuffing)——接收端的数据链路层在将数据送往网络层之前删除插入的转义字符。如果转义字符也出现数据当中，那么应在转义字符前面插入一个转义字符。当接收端收到连续的两个转义字符时，就删除其中前面的一个。（3）差错检测在传输过程中可能会产生比特差错：1可能会变成0