计算机网络原理

计算机网络原理第一章计算机网络概论第一节计算机网络的产生和发展•网络的产生和发展–1946年第一台电子计算机ENIAC在美国诞生。–从只能亲自携带程序和数据，手工输入发展到批处理方法。–增加了显示器。–前置处理机。–包交换的网络出现，如电话网络，缺点是全时占用网络资源。–1966年，提出分组交换的概念，1969年，分组交换网ARPANET投入运行。–1973年以后，英国建设了EPSS，美国建设了TELENET、TYMNET、COMPAC，欧洲建立了EURONET，法国建立了TRANSPAC，加拿大建立了DATAPAC。第一节计算机网络的产生和发展•网络标准化–网络体系结构与协议的不统一，限制了网络的发展和应用。–ISO组织颁布了ISO/IEC7498国际标准。–ISO与CCITT等组织制定了OSI基本协议集。–IEEE制定了IEEE802标准，它是局域网的重要标准。–美国国防部建立了一个非正式的委员会IAB，后来制定了著名的RFC（RequestForComment，请求评注）在线文档。•标准化使网络发展成为可能–因特网已经成为世界上规模最大和增长速度最快的计算机网络。第2节计算机网络的功能和组成•计算机网络的定义–在协议控制下，由若干计算机、终端设备、数据传输设备和通信控制处理机等组成的系统集合称为网络。–计算机网络的基本特征：•资源共享•互连的计算机是“自治”的•联网的计算机必须遵循统一的网络协议•资源共享–打印机、传真调制解调器、硬盘、软盘、CD-ROM、磁带备份设备、绘图仪、可以与计算机相连的其他设备第2节计算机网络的功能和组成•计算机网络的功能–通信•在计算机之间传递信息–资源共享•在网络中互通有无，分工协作–提高了可靠性和可用性•各计算机可以通过网络彼此互为备份，提高了可靠性；网络可以平均分配计算机资源，提高了可用性–易于分布式计算•均衡的使用网络资源，实现分布式运算第2节计算机网络的功能和组成•计算机网络的类型–按交换功能分类•电路交换、报文交换、分组交换、混合交换–按网络拓朴结构分类•集中式网络（星型网）、分散式网络（非集中式网络）、分布式网络（格状网）–按网络的作用范围分类•广域网、局域网、城域网–按网络传输技术分类•广播式网络和点对点式网络–按网络的使用范围分类•公用网和私有网第3节网络的拓朴结构•拓朴的定义–把实体抽象成点和线，进而研究点、线、面的关系–计算机网络拓朴指网络中的线路和节点的几何关系。•网络节点–网络单元，包括通信控制器、通信处理机、前端处理机、集中器、多路选择器、主计算机、终端•链路与通路–链路：两个节点的链接。包括物理链路和逻辑链路。–通路：从信息发出点到信息接收端的一串节点和链路。第3节网络的拓朴结构•网络拓朴结构类型–星型拓朴结构–总线型拓朴结构–环型拓朴结构–树型拓朴结构–网状拓朴结构第4节网络体系结构和参考模型•网络协议–网络中各个节点之间要不断的进行数据交换，必须遵守一定规则，包括数据的格式等，这就是协议。•网络体系结构–各层之间是独立的本层与下层无关–灵活性好当一层变化时，各层不受影响–结构上可以分割–易于实现和维护–能促进标准化工作•IBM的SNA体系结构；Digital的DNA结构第4节网络体系结构和参考模型•OSI参考模型–共7层，物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表式层、应用层。前3层负责通信，称为通信子网层，后3层属功能范畴，称为资源子网层，传输层起衔接作用。第4节网络体系结构和参考模型•各个层的功能–应用层：与用户应用进程的接口，相当于：做什么；–表示层：数据格式的转换，相当于：对方看起来什么样；–会话层：会话的管理与数据传输的同步，相当于：轮到谁说话和从何处讲；–传输层：从端到端经网络透明的传送报文，相当于：对方在何处；–网络层：分组传送和路由选择，相当于：走哪条路可以到达该处；–数据链路层：在链路上无差错的传送帧，第4节网络体系结构和参考模型•TCP/IP参考模型–共四层：应用层、传输层、互联网层、主机－网络层。–互联网层的协议称为IP协议（即InternetProtocol，互联网）–传输层的协议有两种，一种为TCP协议（即TransportControlProtocol，传输控制协议)，另一种为UDP协议（即UserDatagramProtocol，用户数据报协议）–应用层包含如TELNET、FTP、SMTP、DNS、HTTP等协议–主机-网络层包含Ethernet、TokenRing、X.25等分组交换网。第2章物理层第1节物理层的功能•物理层协议–主要是确定与传输介质接口有关的一些特征•机械特性•电气特性•功能特性•规程特性第2节数据传送的基本理论•周期信号的付里叶分析•有限带宽信号•信道传输容量第3节信道传输容量•通信过程中有三种方式–单向通信：又称单工通信，只向一个方向通信，如无线电广播。–双向交替通信：又称半双工通信。双方都可以发送信息，但不能同时发送信息，要交替进行，如对讲机。–双向同时通信：又称全双工通信。双方可同时发送消息。第３节传输介质•双绞线–３类线、５类线、超５类线–非屏蔽双绞线（UTP）、屏蔽双绞线（STP）•同轴电缆–50Ω，基带同轴电缆；75Ω，有线电视；第３节传输介质•光纤–多模光纤•存在多条不同角度入射光线在同一光纤内传输–单模光纤•光纤直径小到光波波长的时候，只能直线传输•无线传输–无线电，微波–蜂窝，卫星第4节模拟传输和数字传输•数据通信模型–调制器；调制解调器•交换技术–电路交换•例如电话，传输时要建立一条点到点的通路–报文交换•例如电报，发送时，先发送到交换局，再由交换局发送到目的地。对于报文没有大小的规定–分组交换•例如计算机网络，它确定报文的大小。第4节模拟传输和数字传输•模拟传输技术–典型的模拟传输系统就是电话通信系统–采用分级交换•调制技术和调制解调器–为了解决在模拟信道上传送数字信号，引入调制和解调技术–调制分三类：调幅、调频和调相•EIA-232接口–RS-232-C标准上的接口标准–典型设备如调制解调器•数字传输技术–为了解决一条中继线上传送多路电话而设计的–有T1和E1两个标准第4节模拟传输和数字传输•ISDN–综合业务数字网，IntegratedServicesDigitalNetwork–主要是语音服务–共有6种标准化的信道•A---4kHz模拟电话信道•B---64kb/s数字PCM信道，用于语音和数字•C---8kb/s或16kb/s数字信道•D---16kb/s数字信道，用于带外信令•E---64kb/s数字信道，用于ISDN内部信令•H---384kb/s、1536kb/s或1920kb/s数字信道第4节模拟传输和数字传输•ISDN三种标准化的组合–基本速率：2B+1D=144kb/s，主要用于为家庭或小单位提供服务。一个通路讲话，另一个通路传送数据–一次群速率：23B+1D（美国和日本）或30B+1D（欧洲），这里D为64kb/s。–混合：1A+1C，称之为N-ISDN，窄带ISDN，支持2Mkb/s以下的业务。B-ISDN宽带ISDN•N-ISDN采用电话网，用双绞线；B-ISDN用光纤•N-ISDN使用电路交换；B-ISDN使用异步传输模式ATM•N-ISDN的比特率是事先设置的；B-ISDN使用虚通路•N-ISDN无法传送高速图像；而B-ISDN可以第3章数据链路层第１节数据链路层的功能•数据链路和链路–链路是一条无源的点到点的物理线路–数据链路是一条逻辑链路•链路层主要功能–链路管理–帧同步–流量控制–差错控制–数据和控制信息区分功能–透明传输–寻址第2节链路层的传输单位•帧（Frame）–面向比特和面向字符的两类协议–帧边界用于区分帧的开始和结束，主要由以下几种分类方法•带填充字符的首位界符法•带填充位的首尾标志法•字符记数法–帧同步–帧的组织第3节检错和差错控制•检错和纠错编码–垂直冗余校验（VRC）–水平冗余校验（LRC）–水平垂直冗余校验（TRC）–循环冗余校验（CRC）•反馈重发纠错–给帧编号，按号码进行校验•GoBackn纠错–处理跟随坏帧后的帧的方法•选择重发纠错–避免重复传送本来已经正确到达的帧第4节流量控制•流量控制–发送方的发送速率不能超过接收方的速率，否则会出错•停等协议–发送方发送完一个数据帧后处于停止发送状态，等待接收方的讯息，如果正确接收，继续发送下一帧•滑动窗口协议第5节面向比特的链路控制协议•HDLC运行模式–非平衡配置•点对点•多点操作–平衡配置•三种数据传输的工作方式–正常响应方式：主站发送数据，而从站只有响应用于非平衡方式–异步响应方式：非平衡方式。允许从站向主站发送数据–异步平衡方式：用于平衡方式，每个站都可以平等的发出数据第5节面向比特的链路控制协议•HDLC帧结构•帧的类型–信息帧–监督帧–无编号帧标志序列(F)01111110地址(A)8比特控制(C)８比特信息(I)任意帧校验序列(PCS)16比特标志序列(F)01111110第5节面向比特的链路控制协议•HDLC中的帧的交互–在HDLC控制下的数据传输–半双工“点－点”数据传输–全双工“点－点”数据传输第4章介质访问子层第1节共享信道的分配•信道的静态分配–利用频分或时分多路复用技术–平均时延较长•信道的动态分配–多路访问技术–谁有数据要传输，便考虑让谁使用信道，但在任何时刻只允许一个用户使用信道，有适当的措施避免冲突–多路访问技术可分为受控访问和随机访问两类第2节信道随机访问技术•纯ALOHA–发送站只要有数据发送，就让它们发送。如果发送帧遭到破坏，发送站将等待一段随机时间后重发该帧。•开槽ALOHA–把时间分割成离散的时隙，每个时隙对应一帧。生成的信息帧不是马上发送，而是等到下一个时隙开始的时候才发送•CSMA/CD–载波侦听：当有数据发送时，检测信道是否占用，来避免冲突–冲突检测：发送数据帧的时候继续监听信道，一旦检测到冲突就等待下一个时间发送第3节局域网和IEEE802标准•局域网概述–局域网是指处于同一单位、方圆不超过几公里的专用网络，常常被用于连接单位里的计算机和工作站。•覆盖范围较小•通常使用信道共享技术，传输介质可以是双绞线、同轴电缆、光纤甚至是无线。最长见的是CSMA/CD和令牌。•具有多种物理拓朴结构，如星型、总线型和环型•局域网参考模型–局域网的参考模型只相当于最低两层–数据链路层又划分为介质访问控制子层和逻辑链路控制子层第3节局域网和IEEE802标准•IEEE802标准–802.1概述、体系结构、网络互连、网络管理和性能测量–802.2逻辑链路控制。它提供OSI数据链路层中上一个子层的功能–802.3CSMA/CD。它定义CSMA/CD总线网的介质接入控制和物理层规范–802.4令牌总线网。它定义了令牌传递总线网的介质接入控制和物理层规范–802.5令牌环网。它定义了令牌传递环型网的介质接入控制和物理层规范。–802.7宽带技术–802.8光纤技术–802.10可互操作的局域网安全–802.11无线局域网第3节局域网和IEEE802标准•逻辑链路控制子层–LLC子层的SAP–LLC子层提供的服务•无确认的无连接服务（LLC1）•面向连接的服务（LLC2）•带确认的无连接服务（LLC3）–服务原语•IEEE802标准也为局域网制定了四钟类型的服务原语：请求、指示、响应、和证实–LLC的帧结构•介质访问控制（MAC）子层–采用48位地址来表示MAC地址第3节局域网和IEEE802标准•以太网和IEEE802.3–1975年Xerox公司建造了一个2.94Mbps的CDMA/CD系统，称为以太网–IEEE802.3的传输介质802.3版本电缆最大区间长度(m)每段站点数(个)优点10Base5粗同轴电缆500100适合用作主干10Base2细同轴电缆20030便宜10BaseT双绞线1001024易于维护10BaseF光纤20001024抗干扰性极好第3节局域网和IEEE802标准•曼彻斯特编码–每个比特为两个码元，“1“对应10，“