计算机网络前三章总结全解

计算机网络前三章总结第一章：计算机网络概述1.1计算机网络与因特网的产生与发展：计算机网络技术发展的历程：第一阶段：20世纪50年代，计算机网络开始形成。第二阶段：20世纪60年代，实现了分组交换网。第三阶段：20世纪70年代，因特网开始形成。第四阶段：20世纪90年代，计算机网络出现了大发展。具体表现为以下几个方面：1.因特网迅速扩展与快速发展2.无线局域网和无线城域网快速发展3.三网融合促进了宽带城域网的出现三网融合：计算机网络电信网广播电视网4．物联网技术的形成与发展1.2计算机网络的定义和拓扑结构1.2.1计算机网络的定义：计算机网是“以能够相互共享资源的方式互联的自治计算机系统的集合“1.2.2计算机网络拓扑结构连接到网络中的计算机等各种设备称为结点，把结点连成网络可以有多种结构，我们称之为网络拓扑。基本的网络拓扑有5种：1.总线形：在总线形拓扑结构中，所有结点连接在一条作为公共传输介质的总线上。2.星形：在星形拓扑结构中，结点通过点-点通信线路与中心结点连接，所以增减结点非常方便。3.树形：在树形拓扑结构中，结点按层次进行连接，信息交换主要在上、下结点之间进行。4.环形：在环形拓扑结构中，结点通过点-点通信线路连接成闭合环路。5.网状：网状拓扑又被称为无规则型。在网状拓扑结构中，结点之间的连接是任意的，没有规律的。1.3计算机网络分类按覆盖的地理范围进行分类，计算机网络可以分为：个人区域网（PAN0~10m）局域网（LAN10m~10km）城域网（MAN10km~100km）广域网（WAN100km~1000km）。局域网、城域网与广域网三网融合1.4分组交换技术计算机网络的数据交换方式基本上可以分为电路交换和存储转发交换。存储转发交换方式又可分为报文交换和分组交换。分组交换又进一步分成数据报和虚电路方式。1.4.1交换方式1.电路交换：电路交换方式与电话交换的工作过程类似。。这里，电话换成计算机（称为主机），电话交换机换成了数据交换机，电话交换网变成了通信子网。2.报文交换：将需要传输的数据封装成一个包，这个包称为报文。报文交换就是在网络中直接传输报文。但与电路交换不同，它一段一段占用通信线路。3.分组交换：分组交换技术就是分组、路由选择与存储转发。分组交换将需要传输的数据预先分成多个短的、有固定格式的分组。1.4.2数据报方式与虚电路方式分组交换技术可以分为：数据报（DG）方式与虚电路（VC）方式。1.数据报方式：数据报是报文分组存储转发的一种形式。在数据报方式中，分组传输钱不需要预先在与源主机与目的主机之间建立“线路连接“。2.虚电路方式：虚电路方式试图将数据报方式与电路交换方式结合起来，发挥这两种方法各自的优点，以达到最佳的数据交换效果。1.4.3面向连接服务与无连接服务计算机网络通信服务是至通信子网对通信主机之间数据传输的效率和可靠性所提供的保证机制。通信服务可以分为两大类：面向连接服务和无连接服务。1.5OSI和TCP/IP1.5.1协议与划分层次1.5.2OSI（开放系统互联）参考模型1.OSI参考模型2.OSI环境数据传输过程1.5.3TCP/IP协议1.TCP/IP与OSITCP/IP协议分为4个层次：应用层、传输层、网际层、网络、接口层3.TCP/IP协议各层功能1.5.4因特网组织、管理机构与RFC文档第二章：网络基础2.1通信线路类型及物理层协议1.点—点通信线路及物理层协议2.广播通信线路及物理层协议2.2数据通信的基本概念2.2.1信息、数据与信号1、信息：组建计算机网络的目的是实现信息共享。2、数据：计算机存储与处理是二进制数据。3、信号：在通信系统中，计算机表达的二进制代码序列必须变成信号之后才能够通过传输介质进行传输。2.2.2数据通信方式1.串行通信与并行通信：在数据通信中，将表示一个字符的二进制代码按由低到高的顺序依次发送的方式称为串行通信；将表示一个字符的8位二进制代码同时通过8条并行的通信信道发送，每次发送一个字符代码的方式称为并行通信。2.单工、半双工与全双工通信：按照信号传送方向与时间的关系，数据通信可以分为3种类型：单工通信、半双工通信与全双工通信。单工通信方式中，信号只能向一个方向传输，任何时候都不能改变信号的传送方向；半双工通信方式中，信号可以双向传送，但必须是交替进行，一个时间只能向一个方向传送；全双工通信方式中，信号可以同时双向传送；4.同步技术：同步是要求通信双方在时间基准上保持一致的过程。数据通信的同步包括位同步和字符同步。（1）位同步：曼切斯特编码就是自含时钟编码的方法。（2）字符同步：实现方法主要有两种：同步传输和异步传输。2.2.3传输的信号类型传输的信号类型模拟信号与数字信号。2.2.4网络传输参数的数据校验方法1.延时：延时（又称时延）是描述网络性能的重要参数之一。网络延时包括发送延时、传播延时、排队延时与处理延时。发送延时：主机发送速率是一定的，主机发送一个数据分组的第一位到最后一位需要一定的时间，这个时间叫做“发送延时“。传播延时：传播延时就是电磁波在传输介质中传输需要的时间。排队延时：当分组从一个输入端口进入路由器等待处理，以及在输出队列中等待转发所需要的时间叫做排队延时。2.比特率：数据传输速率是指主机向传输介质发送数据的速率，即每秒发送的二进制比特数。因此也可以称为比特率。3.带宽：带宽本来指信号具有的频带宽度，单位是赫（或千赫、兆赫、吉赫等）。现在带宽指数字信道所能传送的“最高数据速率“的同义语。4.校验方法：在计算机网络传输的帧中，发送方在发送数据后面跟上发送数据校验码（FCS），以便接收方通过它来判断接收到数据的正确性。2.3传输介质传输介质是网络中连接收发双发的物理通路，也是通信中实际传送信息的载体。网络中常用的传输介质有：同轴电缆、双绞线、光纤、无线与卫星通信信道。2.3.1同轴电缆：同轴电缆由内导体铜质芯线、绝缘层、网状编织的外导体屏蔽层以及保护塑料外层所组成。粗缆传输距离可达到500m细缆传输距离可达到185m2.3.2双绞线（使用最广泛）：双绞线可以由1对、2对或4对相互绝缘的铜导线组成。一条导线可以作为一条通信线路。每条导线相互绞合的目的是为了使通信线路之间的电磁干扰达到最小。局域网中所使用的双绞线分为两类：屏蔽双绞线（STP）与非屏蔽双绞线（UTP）。2.3.3光纤1.光纤通信：光纤通信就是利用光导纤维（简称光纤）传递光脉冲进行通信。有光脉冲表示1，没有光脉冲表示0。2.光波传输3.光电转换2.3.4无线与卫星通信1.无线通信2.微波通信3.蜂窝无线通信4.卫星通信2.4频带传输技术将发送端的数字信号变换成模拟信号的过程称为“调制“，接收端的模拟信号还原成数字信号的过程称为”解调“。同时具备调制与解调功能的设备称为调试解调器（Modem）【猫】。1.振幅键控2.移频键控3.移相键控2.5基带传输技术2.5.1数字信号编码方法：1.非归零码2曼切斯特编码2.5.2模拟信号数字化：PCM（脉冲编码调制）包括采、量化与编码3步2.6多路复用技术2.6.1多路复用的基本概念2.6.2时分多路复用：TDM：1.同步时分多路复用2.统计时分多路复用2.6.3频分多路复用：FDM2.6.4波分多路复用：WDM2.6.5码分多址复用：CDMA2.7同步光纤网与同步数字体系2.7.1基本速率标准：Tx/Ex:1.T1载波速率：T1=193/(125*10-6)=1.544Mbps2.E1载波速率：E2=256/(125*10-6)=2.048Mbps2.7.2SDH速率体系：1.STS速率、OS速率与STM速率2.OC、STS与STM速率对应关系第三章：以太网3.1以太网的发展和网卡1.以太网的发展2.网卡（NIC）也叫网络适配器，是计算机及其连接网络的接口。网卡分为有线网卡和无线网卡。网卡的主要功能分为发送和接收：（1）发送。就是将需要传输的数据先缓存，然后组织成以太网帧发送出去，其中包括加入帧头、自动生成校验数据作为帧尾。（2）接收。就是接收传输介质上的信号，变成数据帧。3.2总线形以太网3.2.1基本组成与工作原理3.2.2数据传输的基本单元：MAC帧:DIXV2标准定义帧成为MAC帧以太网的帧分为三个部分：第一部分（目的地址、源地址、类型[判断是否为IP数据包]）第二部分（数据）第三部分（帧校验字段[FCS]）DIXV2帧各部分说明如下：1.前同步码与帧开始定界符2.目的地址和源地址字段分别表示帧的接受结点与发送结点的MAC地址。源地址始终是单播地址，因为任何帧都只能来自一个帧。目的地址有可能是单播（第一个字节最低位是0）、多播（第一个字节最低位是1）或者广播地址（是多播的一种特殊形式，一个广播地址就是由48个1形成的地址）。3.类型字段：表示网络层使用的协议类型。当类型字段值等于0x0800时，表示网络层使用IP协议；当类型字段值等于0x0806时，表示网络层使用ARP协议；当类型字段值等于0x0800时，表示网络层使用NetWare的IPX协议；4.数据字段：是结点待发送的数据部分。数据长度在46~1500字节之间。5.帧校验字段（FCS）是为了检测网卡接收的MAC帧有无差错而专门设置的。校验范围：目的地址、源地址、类型、数据字段，并不包括前同步码与帧开始定界符。3.2.3总线以太网扩展：中继器1.使用中继器延长总的距离：信号在粗缆上可传输500m，在细缆上只能传输185m。2.以太网最小帧长度限制总的距离：通常在一个网络中，最多可以分为5个电缆段，用4个中继器连接。这样，粗以太网延长后的最大总线长度为2500m。最大传输距离（称为冲突域或者碰撞域）：64*8/发送速率=2L/信号传播速率（0.7C）3.2.4发送和接收数据：CSMA/CD协议CSMA/CD的发送流程可以简单概括为4点：先听后发，边听边发，冲突停止，延时重发3.3共享以太网3.3.1集线器及其传输介质1.集线器：是具有多个端口的中继器2.双绞线连接：直通线两端顺序一致交叉线1与3连接，2与6连接，其他顺序一致。3.光纤连接：光纤以太网也呈星形结构，所不同的只是网络中心为光集线器。光纤的一端与光集线器连接，另一端与网卡连接。3.3.2网络的拓扑基于集线器组成的网络虽然物理上是星形结构，但逻辑上仍是总线结构，因为集线器是没有鉴别能力的设备。基于集线器的以太网常称为共享式以太网，，即所有端口共享信道带宽。3.3.3集线器的级联1.级联2.堆叠3.冲突域3.3.4半双工工作方式3.4网桥1.网桥的内部结构：最简单的网桥有两个端口。网桥的每个端口与一个局域网网段相连。2.通过自学习建立转发表3.透明网桥4.使用网桥扩展以太网的优缺点3.5交换式以太网用以太网交换机作为核心设备组建的以太网就是交换式以太网3.5.1以太网交换机是交换式以太网的核心构件，其功能类似网桥。网桥的端口数很少，而以太网交换机通常有几十个端口。因此，它实质上就是一个多端口的网桥。1.工作原理：多端口网桥2.交换机的种类：（1）企业级交换机：支持500个信息点（2）部门级交换机：支持300个信息点（3）工作组级交换机：支持100个信息点（4）小型（办公室或家庭）交换机：带宽在100Mbps及以下3.背板带宽4.全双工工作方式3.5.2虚拟局域网3.6快速以太网：它放弃了总线拓扑结构，而仅保留了星形拓扑结构。1.MAC子层2.工作方式：快速以太网支持半双工和全双工工作方式3.自动协商4.实现方式3.7千兆以太网又称吉比特以太网（GE）1.MAC子层2.工作方式：半双工模式3.实现方式3.8万兆以太网（10GE）3.9十万兆以太网（40/100GE）