计算机网络

第一章概述计算机网络向用户提供的最重要的两个功能：连通性、共享。网络由若干个结点和连接这些结点的链路组成。因特网发展的三个阶段：第一阶段是从单个网络ARPANET向互联网发展的过程。（以小写字母i开始的internet（互联网）是一个通用名词，它泛指由多个计算机网络互连而成的网络。以大写字母I开始的Internet（因特网）是一个专用名词，它指当前全球最大的、开放的、由众多网络相互连接而成的特定计算机网络，它采用TCP/IP协议族作为通信的规则，且前身是美国的ARPANET。）第二阶段是建成了三级结构的因特网。第三阶段是逐渐形成了多层次ISP结构的因特网。ISP:InternetServiceProvider因特网服务提供商RFC:RequestForComments请求评论因特网的组成：1.边缘部分：由所有连接在因特网上的主机组成。（用户直接使用，用来进行通信和资源共享）2.核心部分：由大量网络和连接这些网络的路由器组成。（为边缘部分提供服务的（提供连通性和交换））计算机之间的通信是主机A的某个进程和主机B上的另一个进程进行通信。网络边缘的端系统之间的通信方式：客户-服务器方式（C/S方式（client-server））、对等方式（P2P方式（peer-to-peer））在网络核心部分起特殊作用的是路由器（router）,路由器是实现分组交换的关键构件，其任务是转发收到的分组。交换：按照某种方式动态分配通信资源电路交换：建立连接（占用通信资源）-通话（一直占用通信资源）-释放连接（归还通信资源）分组交换：存储转发技术，在每一个数据段前面，加上必要的控制信息组成的首部后，就构成了一个分组（包packet分组是因特网中传送的数据单元）优点所采用的手段高效在分组传输的过程中动态分配传输带宽，对通信链路是逐段占用灵活为每一个分组独立地选择转发路由迅速以分组作为传送单位，可以不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；分布式多路由的分组交换网，使网络由很好的生存性报文交换：从各方面比较电路交换、报文交换和分组交换的优缺点。答：(1)电路交换的一个重要特点是在通话的全部时间内，通话的两个用户始终占用端到端的通信资源。优点：实时性强，时延小，交换设备成本较低。缺点：线路利用率低，电路接续时间长，通信效率低。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。优点：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。缺点：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)分组交换采用存储转发技术。它兼有电路交换和报文交换的优点。同时传递多个数据分组。优点：高效、灵活、迅速和可靠。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。按网络的作用范围进行分类：1.广域网WAN（wideareanetwork）2.城域网MAN（Metropolitanareanetwork）3.局域网LAN（Localareanetwork）4.个人区域网PAN（Personalareanetwork）按网络的使用者进行分类：1.公用网（publicnetwork）2.专用网（privatenetwork）计算机网络的性能指标1.速率连接在计算机网络上的主机在数字信道上的传送数据的速率，也称为数据率和比特率。单位是b/s或bit/s（bps）。Kb/s,Mb/s,Gb/s,Tb/s2.带宽过去通信的主干线路传送的是模拟信号，因此表示通信线路允许通过的信号频带范围就称为线路的带宽在计算机网络中，带宽用来表示网络的通信线路传送数据的能力，因此网络带宽表示在单位时间内从网络中的某一点到另一点所能通过的最高数据率。3.吞吐量4.时延时延指数据从网络的一端到另一端所需的时间。总时延=发送时延+传播时延+处理时延+排队时延发送时延是主机或路由器发送数据帧所需要的时间，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的所需时间。也叫传输时延。发送时延=数据帧长度(b)/发送速率(b/s)传播时延是电磁波在信道中传播一定的距离需要发费的时间传播时延=信道长度(m)、电磁波在信道上传播的速率(m/s)处理时延是主机和路由器在收到分组时要花费一定的时间进行处理。排队时延是分组在经过网络传输时，要经过许多路由器，但进入路由器后要先在输入队列中排队等待处理。在路由器确定了转发接口后，还要在输出队列中排队等待转发。5.时延带宽积6.往返时间RTT7.利用率OSI/RM：OpenSystemsInterconnectionReferenceModel开发系统互连基本参考模型网络协议：简称协议，为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定。网络协议的主要组成三要素答：(1)语法，即数据与控制信息的结构或格式。(2)语义，即需要发出何种控制信息，完成何种动作以及做出何种响应。(3)同步，即事件实现顺序的详细说明。分层的优点：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.能促进标准化工作分层的好处答：(1)各层之间是独立的。某一层并不需要知道它的下一层是如何实现的，而仅仅需要知道该层通过层间接口所提供的服务。(2)灵活性好。当任何一层发生变化时，只要层间接口关系保持不变，则在这层以上或以下各层均不受影响。此外，对某一层提供的服务还可进行修改。(3)结构上可分割开。各层都可以采用最合适的技术来实现。(4)易于实现和维护。整个系统被分解为若干个相对独立的子系统，易于被处理。(5)能促进标准化工作。每一层的功能及其提供的服务都已有了精确的说明。网络的体系结构：计算机网络的各层及其协议的集合或者说计算机网络的体系结构就是这个计算机网络及其构件所应完成的功能的精确定义。OSI的七层协议：物理层、数据链路层、网络层、运输层、会话层、表示层、应用层。TCP/IP的四层协议：网络接口层、网际层、运输层、应用层五层协议：物理层、数据链路层、网络层、运输层、应用层五层协议体系结构分为哪五层，以及每层具有的功能答：(1)物理层：物理层的任务就是透明地传输比特流。(2)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，在两个相邻结点间的链路上实现帧的无差错传输。(3)网络层：网络层负责为分组交换网上的不同主机提供通信服务。网络层另一个任务是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。网络层用到的协议有网际协议IP,地址解析协议ARP,逆地址解析协议RARP,网际控制报文协议ICMP和网际组管理协议IGMP。(4)运输层：运输层的任务是负责主机中两个进程间的通信提供通用的数据传输服务。运输层用到的协议有传输控制协议TCP和用户数据报协议UDP。(5)应用层：应用层确定进程之间通信的性质以及满足用户的需求。应用层的任务是通过应用进程间的交互来完成特定网络应用。应用层用到的协议有超文本传送协议HTTP、简单邮件传送协议SMTP,文件传送协议FTP、远程终端协议TELNET等。协议和服务：协议：是水平的，协议是控制对等实体之间通信的规则。服务：是垂直的，服务是由下层向上层通过层间接口提供的。SAP：ServiceAccesspoint服务访问点：在同一系统中相邻两层的实体进行交互的地方TCP/IP可以为各式各样的应用提供服务（所谓的everythingoverIP）TCP/IP允许IP协议在各式各样的网络构成的互联网上运行（所谓的IPovereverything）第二章物理层物理层的四大主要特性是：答：(1)机械特性。对平时常见的各种规格的接插件都有严格的标准化规定。(2)电气特性。指明在接口电缆的各条线上出现的电压的范围。(3)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。(4)过程特性。指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序。每一层中有哪些设备及其功能，是否能够隔离冲突域和广播域物理层：中继器、收发器、集线器。物理层设备工作在信号级别，只能对信号进行重新整理和转发。既不能隔离冲突域，也不能隔离广播域。数据链路层：网桥、交换机。网桥和交换机的一个端口对应一个网段。可以隔离冲突域，不能隔离广播域。网络层：路由器。路由器的功能是：路由选择和分组转发。既可以隔离冲突域，也可以隔离广播域。信号可分为两大类：模拟信号（连续信号）、数字信号（离散信号）数字信号数字信号模拟信号模拟信号从通信的信息交互方式有三种：单向通信（单工通信）、双向交替通信（半双工通信）、双向同时通信（全双工通信）IP电话PCM常用编码方式：不归零制：正电平代表1，负电平代表0曼切斯特编码：位周期中心的向上跳代表0，位周期中心的向下跳代表1，也可反过来定义差分曼切斯特编码：在每一位的中心处始终都有跳变。位开始边界有跳变代表0，而位开始边界没有跳变代表1基本的带通调制方法：调幅、调频、调相采样定理：采样，量化，编码信噪比是信号的平均功率和噪声的平均功率之比，常记为S/N信噪比（dB）=10log10(S/N)（dB）香农公式：信道的极限传输速率C是C=Wlog2(1+S/N)（b/s）信道的带宽或信道中的信噪比越大，信息的极限传输速率就越高传输媒体（传输媒介或传输介质）可分为两大类：1.导引型传输媒体2..非导引型传输媒体导引型传输媒体：双绞线、同轴电缆、光缆（？）双绞线：STP（屏蔽双绞线ShieldedTwistedPair）、UTP（无屏蔽双绞线UnshieldedTwistedPair）多模光纤：只适用于近距离传输。光脉冲在多模光纤中传输时会逐渐展宽，造成失真；单模光纤:纤芯很细，其直径只有几个微米,成本较高。可使光线一直往前传播，不会产生多次反射。非引导型传输媒体：短波通信主要是靠电离层的反射微波通信主要有两种方式：地面微波接力通信、卫星通信信道复用技术：频分复用（FDM）、时分复用（TDM）、统计时分复用（STDM）、波分复用（WDM）、码分复用频分复用：所有的用户在同样的时间占用不同的带宽资源时分复用：所有的用户在不同的时间占用同样的频带宽度统计时分复用：改进的时分复用，明显地提高信道的利用率波分复用：光的频分复用码分复用CDM（CodeDivisionMultipleAccess）：所有的用户在同样的时间占用同样的频带进行通信。各用户使用经过特殊挑选的不同码型，因此各用户之间不会产生干扰。CDMA（码分多址）工作原理使用CDMA的每一个站被指派一个唯一的mbit码片序列发送比特1时，就发送码片序列，发送比特0时，就发送码片反码给每一个站被指派的码片序列不仅必须各不相同，而且必须互相正交。每一个站的码片序列和其他各站码片序列反码的向量的内积也是0任何一个站的码片向量和该码片向量自己的规格化内积都是1任何一个站的码片向量和该码片反码的规格化内积都是-1数字传输系统：长途干线大都采用时分复用PCM（脉冲编码调制）的数字传输方式。PCM（PulseCodeModulation脉冲编码调制）的数字传输方式：---采样---量化---编码T1速率（日本）：1.544Mb/s（24）24*64+8（24个64Kbps带宽的信道，需要8Kbps用作同步开销）E1速率（欧洲）：2.048Mb/s（32）32*64（一个E1的帧长为256个bit,分为32个时隙，一个时隙为8个bit。每秒有8k个E1的帧通过接口，即8K*256=2048kbps。）同步光纤网SONET：传输速率以51.84Mb/s为基础8000*810*8=51.84Mb/s同步数字系列SDH：基本速率：155.52Mb/s24*810*8000次/s=155.52Mb/s16.宽带接入技术：ADSL（AsymmetricDigitalSubscriberLine非对称数字用户线）用数字技术对现有的模拟电话用户线进