武汉理工大学计算机网络复习重点(共19页).doc

精选优质文档-倾情为你奉上第二章1数字信号与模拟信号有哪些区别？答：模拟信号是用一系列连续变化的电磁波或电压信号来表示；数字信号是用一系列断续变化的电压脉冲(如我们可用恒定的正电压表示二进制数1，用恒定的负电压表示二进制数0)，或光脉冲来表示。当模拟信号采用连续变化的电磁波来表示时，电磁波本身既是信号载体，同时作为传输介质；而当模拟信号采用连续变化的信号电压来表示时，它一般通过传统的模拟信号传输线路(例如电话网、有线电视网)来传输。当数字信号采用断续变化的电压或光脉冲来表示时，一般则需要用双绞线、电缆或光纤介质将通信双方连接起来，才能将信号从一个节点传到另一个节点。2奈氏准则与香农公式在数据通信中的意义是什么？答：奈氏准则指出了：码元传输的速率是受限的，不能任意提高，否则在接收端就无法正确判定码元是1还是0（因为有码元之间的相互干扰）。奈氏准则是在理想条件下推导出的。在实际条件下，最高码元传输速率要比理想条件下得出的数值还要小些。电信技术人员的任务就是要在实际条件下，寻找出较好的传输码元波形，将比特转换为较为合适的传输信号。需要注意的是，奈氏准则并没有对信息传输速率（b/s）给出限制。要提高信息传输速率就必须使每一个传输的码元能够代表许多个比特的信息。这就需要有很好的编码技术。香农公式给出了信息传输速率的极限，即对于一定的传输带宽（以赫兹为单位）和一定的信噪比，信息传输速率的上限就确定了。这个极限是不能够突破的。要想提高信息的传输速率，或者必须设法提高传输线路的带宽，或者必须设法提高所传信号的信噪比，此外没有其他任何办法。至少到现在为止，还没有听说有谁能够突破香农公式给出的信息传输速率的极限。若要得到无限大的信息传输速率，只有两个办法：要么使用无限大的传输带宽（这显然不可能），要么使信号的信噪比为无限大，即采用没有噪声的传输信道或使用无限大的发送功率（当然这些也都是不可能的）。香农公式2.2.2 信道的最大信息传输速率 1948年，香农(Shannon)用信息论的理论推导出了带宽受限且有高斯白噪声干扰的信道的最大信息传输速率。当用此速率进行传输时，可以做到不产生差错。用公式表示，则信道的最大信息传输速率或信道容量C可表达为 （2.4） 式(2.4)就是著名的香农公式。 例2.3 若标准电话信道带宽为3.1kHz，信噪比为2 500，则其最大的信息传输速率C为多少？ 根据香农公式(2.4)有奈氏准则理想低通信道的最高码元传输速率=2W（Baud）其中W是理想低通信道的带宽，单位为Hz，数字信号可用一系列离散的电压脉冲表示，每一个脉冲称为一个信号码元Baud=码元/秒3基带信号与宽带信号的传输各有什么特点？答：（1）基带信号是将数字信号1或0直接用两种不同的电压来表示，然后送到线路上去传输。（2）宽带信号则是将基带信号进行调制后形成的频分复用模拟信号。基带信号进行调制后，其频谱移到较高的频率处。由于每一路基带信号的频谱被搬移到不同的频段上，因此合在一起后并不会互相干扰。这样做可以在一条线路中同时传送许多路的数字信号，因而提高了线路的利用率。4什么是曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码？其特点如何？答：曼彻斯特编码将每个二进制比特周期分为两个相等的时间段，前半段时间发送该比特值的补码状态；后半段时间再发送这个比特的原码状态。曼切斯特编码的每个比特位在时钟周期内只占一半，当传输“1”时，在时钟周期的前一半为高电平，后一半为低电平；而传输“0”时正相反。这样，每个时钟周期内必有一次跳变，这种跳变就是位同步信号。  差分曼彻斯特编码由曼彻斯特编码变化而来。在每个比特周期开始初若不发生跳变则表示比特“1”，否则表示比特“0”。但是在比特周期的两时间段之间必须存在跳变。具有比曼彻斯特编码更好的噪声抑制特性。它在每个时钟位的中间都有一次跳变，传输的是“1”还是“0”，是在每个时钟位的开始有无跳变来区分的。5什么是频分制多路复用？什么是时分制多路复用？答：频分多路复用就是将多路信号在频率位置上互相分开，但同时在一个信道内传播。时分多路复用是将通信线路传输时间分成若干个时间段，这些时间段轮流分配给不同的通信方，在某一时刻，传输信道上只能传送某一通信方的信息。6常用的传输媒体有哪几种？各有何特点？答：(1)双绞线：抗电磁干扰，模拟传输和数字传输都可以使用双绞线。(2)同轴电缆：同轴电缆具有很好的抗干扰特性。(3)光纤：传输损耗小，中继距离长，对远距离传输特别经济；抗雷电和电磁干扰性能好；无串音干扰，保密性好，也不易被窃听或截取数据；体积小，重量轻。(4)电磁波：微波波段频率很高，其频段范围也很宽，因此其通信信道的容量很大；微波传输质量较高；微波接力通信的可靠性较高；微波接力通信与相同容量和长度的电缆载波通信比较，建设投资少，见效快。当然，微波接力通信也存在如下的一些缺点：相邻站之间必须直视，不能有障碍物。微波的传播有时也会受到恶劣气候的影响；与电缆通信系统比较，微波通信的隐蔽性和保密性较差；对大量的中继站的使用和维护要耗费一定的人力和物力。第三章例3.1 假设某网络体系结构包含5个层次，它们依次是：物理层、数据链路层、网络层、运输层和应用层。现有两台直接连接的主机要传送数据，试描述其通信过程。 假设主机1的应用进程AP1向主机2的应用进程AP2发送数据（见图3.1） 。AP1先将其数据交给第5层。第5层加上必要的控制信息H5就变成了下一层的数据单元。第4层收到该数据单元后，加上本层的控制信息H4，再交给第3层，成为第3层的数据单元。依此类推。不过到了第2层（数据链路层）后，控制信息分成两部分，分别加到本层数数据单元的首部（H2）和尾部(T2)，而第1层(物理层)由于是比特流的传送，所以不再加上控制信息。 3.3.1 ISO-OSI参考模型 ISO-OSI体系结构主要由ISO-OSI参考模型来体现。 ISO开放系统互连参考模型(Open System Interconnect Reference Model)是ISO于20世纪80年代提出的一种参考模型。 图3.2给出了该参考模型的示意图。 1 什么是计算机网络体系结构？答：网络体系结构是关于完整的计算机通信网络的设计蓝图，是设计、构造和管理通信网络的框架和技术基础,它采用分层结构模式。主要的网络体系结构有OSI体系结构和TCP/IP体系结构，前者是国际标准，后者是工业标准。2 什么是网络协议？它在网络中的作用是什么？答：通信涉及的所有部分都必须认同一套用于信息交换的规则，这就是网络通信协议。网络协议作为一种通信规则，它规定消息的格式以及传递每条消息所需的适当动作。实现这些规则的软件称为协议软件。3 计算机网络体系结构为什么要采用分层结构？答：之所以采用分层结构主要是因为分层结构具有以下优点：容易解决通信的异质性（heterogeneity）问题；上层解决不同种语言的相互翻译（数据的不同表示）；下层解决信息传递；使复杂问题简化，高层屏蔽低层细节问题；每层只关心本层的内容，不用知道其他层如何实现；使设计容易实现，每个层次向上一层提供服务，向下一层请求服务。4 计算机网络的分层结构与网络协议之间存在什么样的联系？答：在一个分层的网络体系结构中，各个层次所完成的任务实际上是由网络协议执行的。也就是说，协议是作用于分层体系结构中的对等层次的。5 简述端到端的通信需要解决的主要问题。答：端到端的通信任务主要在网络层完成。需要解决的主要问题是：如何在网络的两个端点间寻找最佳路径，即如何寻找最佳路由的问题。6 什么是OSI参考模型？它由哪些层次组成？答：OSI参考模型是国际标准化组织于1984年提出的开放系统互连参考模型。它是一个7层模型，每一层实现特定的功能，并且只与相邻的上下两层直接通信。高层协议偏重于处理用户服务和各种应用请求。低层协议偏重于处理实际的信息传输。OSI参考模型由7个层次组成，由低层到高层分别是：物理层，数据链路层，网络层，传输层，会话层，表示层和应用层。7 简述OSI参考模型各个层次的主要功能。答：物理层负责在物理链路上以原始比特流的方式传送来自数据链路层的数据；数据链路层负责在相邻结点间无差错地传输数据帧；网络层为传输层提供建立端到端通信的功能，并管理路由策略；传输层管理网络端到端控制和差错校验以确保完整的数据传输过程；会话层允许不同主机上的应用程序进行会话，或建立虚连接；表示层为异种机通信提供一种公共语言，以便能进行互操作；应用层直接与用户和应用程序打交道。 1.物理层(Physical Layer) 它提供通信介质及连接的机械、电气的功能及其规程特性，该层涉及及介质的机、电特性参数及规格，其中包括介质的直径、数据传输速率及特性阻抗，连接器的引脚数目及功能分配，信号的约定、信号允许传输的最大距离及其调制或编码方式等。 2.数据链路层(Data Link Layer) 确定信息怎样在链路中传输、信息的格式、成帧和拆帧、产生校验码、差错控制、数据流量控制及链路管理等。面向字符的数据路控制协议和面向比特的数据链路控制协议。(BSC)、(DDCMP)、(ADCCP)、(HDLC)。 3.网络层(Network Layer)网络层也叫通信子网层，提供数据交换、流控、拥控、拥塞控制、差错控制恢复、路由选择，网络层的典型协议可包括CCITT的X.25建议。4.运输层(Transport Layer) 也叫主机主机层关键的一层，该层位于面向通信业务的通信子网和面向网络应用的资源子网之间，同时也是主机与通信处理机（网卡）的界面。5.会话层(Session Layer) 两个用户进程之间为完成一次完整的通信而建立的会晤连接。6.表示层(Presentation Layer) 处理有关信息的表示问题，它是异种机、异种操作系统连网的关键局。7.应用层(Application Layer) 应用层是OSI参考模型的最高层。它给应用进程提供访问OSI环境的手段。它是用户使用网络的唯一窗口。 3.4 TCP/IP体系结构 传输控制协议/网际协议TCP/IP(Transmission Control Protocol/Internet Protocol)网络体系源于美国ARPA网，以及它的两个主要协议TCP和IP。实际上，TCP/IP框架包含了大量的协议和应用，TCP/IP是多个独立定义的协议的集合，简称为TCP/IP协议集（簇）。 虽然TCP/IP不是ISO标准，但其应用已经越来越广泛，可以说，TCP/IP是一种“事实上的标准”，它参考了ISO-OSI参考模型及其分层体系结构的思想。由于Internet已经在全世界都得到广泛应用，因此，Internet所采用的TCP/IP体系在网络领域中具有非常重要的意义。3.4.1 TCP/IP参考模型（右边）TCP/IP参考模型包含4个层次，它没有ISO-OSI参考模型中的会话层和表示层（见图3.9）1.什么是TCP/IP参考模型？它由哪些层次组成？答：TCP/IP参考模型是当前Internet上的工业标准或事实的标准。它由4个层次组成：主机至网络层、互联网层、传输层和应用层。2.简述TCP/IP参考模型各个层次的主要功能。答：主机至网络层：没有重新定义新标准，而是有效利用原有数据链路层和物理层标准。互联网层：定义了互联网中传输的“信息包”格式，以及从一个用户通过一个或多个路由器到最终目标的""信息包""转发机制。传输层：为两个用户进程之间建立、管理和拆除可靠而又有效的端到端连接。应用层：它定义了应用程序使用互联网的规程。3.什么是存储-转发的数据传输方式？答：存储-转发指的是：当数据从源节点出发，经过某条输入链路到达一个结点交换机时，交换机将收到的数据存储起来，然后选择一条空闲的输出链路，将数据继续向前传送的数据传输方式。4.简述停止-等待协议的工作原理。答：发送放每发出一个数据包便停下来等待，直到接收方处理完已收到的数据包，并且向发送方传送一个控制消息（通常是一种确认）时，发送方才能够发送下一个数据包1.网络接口层 相当于OSI中的最低两层，也可看做TCP/IP得用OSI的低两层。它可泛指任何一个能传输数据的通信系统，这些系统大到广域网、小到局域网甚至点对点连接。正是由于这一点，使得TCP/IP具有相当的灵活性与网络的物理特性无关。2.网际层 网际层的功能是使主机可以将IP数据报发往任何网络，并能独立地传向目的地（可能经由不同的网络）。该层定义了正式的IP数据报格式和协议，即IP协议。 网际层包含多种协议，其中主要有：IP协议、网际控制报文协议ICMP、网际组管理协议、地址解析协议ARP、反向地址解析协议RARP等等。其中最重要的是IP协议。3.运输层 运输层（TCP层）可提供可靠的端到端的数据传输，它确保源主机将数据报正确传送到目标主机。本层定义了两个端到端协议：TCPT和UDP。 (1)传输控制协议TCP。它是一个面向连接的协议，允许一台机器发出的报文流无差错地发冬天网络上的其他机器。它把输入的报文流分成报文段，并传给网际层。在接收端，TCP接收进程把收到的报文再组装成报文流输出。TCP还要处理流量控制，以避免快速发送方向低速接收方发送过多的报文而使接收无法处理。 (2)用户数据报协议UDP。它是一个不可靠的、无连接协议，用于不需要TCP的排序和流量控制功能的应用场合。它主要应用于递交速度比准确性更重要的报文分组（业务），如传输话音或影像报文等。4.应用层 应用层向用户提供一组常用的应用程序，如电子邮件等。它包含TCP/IP协议集中的所有高层协议。如：虚拟终端协议(Telnet)、文件传输协议(FTP)、电子邮件传输协议(SMTP)、域名系统服务DNS（Domain Name Service）、网络新闻传输协议(NNTP)、超文本传输协议(HTTP)等等。l PPP概述 点对点协议PPP(Point to Point Protocol)和SLIP都是串行线上最常用的两个链路的层通信协议，它们为在点对点链路上直接相连的两个设备之间提供一种传送数据报的方法。互连两端设备可以是主机与主机、路由器和路由器、主机和路由器。互连的物理链路可以是专线或电话拨号线。PPP协议是由IETF定义的，用来取代SLIP。3.4.2 IP数据报格式 IP协议是网际层的主要协议。它的主要功能有：无连接数据报传送、数据报路由选择和差错控制。在IP协议中传输的数据单元称为IP数据报，IP协议的数据报由报头和数据两部分组成。报头由一个20字节的固定长度部分和一个可选任意长度部分组成。数据报概念类似于物理网络中的“帧”，但又与帧不同。“帧”由硬件识别，而数据报由软件识别。IP支持的最长数据报为65 535字节，将数据报包装成符合物理网络要求的帧的格式的过程称为封装。2.子网 IP协议为每一个网络接口分配一个IP地址，如果一台主机有多个网络接口，则要为它分配多个IP地址。这种具有多个接口的主机称不多穴主机。IP地址并不同标识一台机器，而是标识一个主机与网络的一个连接。在一个网络中的主机接口的IP地址中网络部分地址应该是一样的。据预计，过若干年，IP地址就将耗尽。为了减缓这种趋势，人们提出了地址掩码(Mask)和子网(Subnet)的概念。 掩码是一个IP地址对应的32位数字。掩码的一些位为1，另一些位为0。掩码可以把IP地址分为两部分：子网地址和主机地址。把掩码开始连续的几位设为1，IP地址与掩码中为1的位相对应的部分为子网地址，其他的位则是主机地址。使用掩码把一个可以包括1 600万台主机的A类网络或6万多台主机的B类网络分割成许多小的网络。每一个小的网络称为子网。接口的IP地址该接口上的掩码相比，就得到该接口所在网络的子网地址；而把地址和掩码的反码进行与运算，则可得到主机地址。例3.11 如果一个网络接口的地址为166.111.69.12，掩码为255.255.254.0，则其子网地址为166.111.68.0，而主机地址为0.0.1.12。这样，在IP协议中，主机或路由器的每个网络接口都要为之分配一个地址。对应每个地址有相应的掩码。在同一个网络上的网络接口的IP地址的掩码应该是一样的，以保证通过掩码计算的子网地址是相同的。3.广播和多播地址 广播(Broadcast)地址和多播(Multicast)地址不是某一台具体的机器，而是指满足一定条件的一组机器。广播地址和多播地址都只能作为IP报文的目的地址。 32bit全为1的IP地址255.255.255.255用于本网广播。该地址称为有限广播地址。多播地址则指定一个主机组。它和广播地址的区别在于，广播地址上按主机的物理位置来划分各组的，而多播地址指定一个逻辑组，参与该组的机器可能遍布整个Internet网。多播地址可用于电视会议等应用。3.4.9 IPv6的报文头 IPv6报文头由版本号Ver(4bit)、优先级Pri(4bit)、流标号(24bit)、净负荷长度(16bit)、下一个报文头号(8bit)和跳数(Hop)限制以及源地址和目的地址组成。IPv6规范了5种扩展报文头： 1.路由头 2.分段头 3.认证头 4.接收方操作头 5.逐跳操作头3.4.10 IPv6的地址结构 IPv6上有3种寻址方式： (1)单播(Unicast) 一个接口界面只拥有一个唯一地址。如果报文的目的地址为单一地址，则该报文被转发至具有相应地址的界面。 (2)任播(Anycast) 接口界面集合的地址。如果报文的目的地址为任意通信地址，则该报文被转发给距报文发送源最近的一个接口界面。 (3)多播(Multicast) 接口界面集合的地址。如果报文的目的地址为多播通信地址，则具有该地址的所有接口界面将收到相应的报文。1. IPv6地址表示形式与标识符 IPv6有以下3种地址表示形式。 (1)基本表示形式 在基本表示形式中，128位地址被划分为8个16位的部分。每个部分分别用十六进制表示。 (2)简略形式 IPv6的简略表现形式仍然将128位地址划分为8个16位部分，每个部分分别用十六进制表示。 不过，与基本表现形式相比，如果一个部分的地址段为0的话，则用符号“”表示。TCP概述中国教育与科研网CERNET于1998年12月加入了6BONE主干网，并于1999年初成为6REN计划的成员。3.4.12 TCP概述 传输控制协议TCP(Transmission Control Protocol)对应用提供面向连接的端对端的可靠通信服务。 进行通信的双方在传输数据之前，首先必须建立连接。数据传输完成之后，任何一方都可以断开连接。TCP建立的是点对点的全双工连接，也就是说，在连接建立后，在两个方向上可以同时传输数据。需要说明的是，TCP本身不提供多播功能 TCP假设其下层提供简单的报文服务，其传输过程中可能出现各种差错。所以TCP要实现差错恢复、排序等功能。 TCP使用滑动窗口机制来实现差错控制。 TCP还可动态地改变滑动窗口的大小，以实现流控。 TCP提供流(Strean)式服务。 TCP定义了PUSH功能。通过在TCP包中设置一个PUSH标志位，可使TCP立即发送数据。 TCP还提供了另外一种机制，即可让用户发送紧急数据。 3.4.13 接口和套接字 在一台主机上，常常有多个应用程序运行。它们都可能使用TCP或用户数据报协议UDP进行通信。 在TCP协议中引入了端口(Port)和套接字(Socket)的概念。每个端口有一个16位的标识符，称为端口号，标识运输层协议和应用程序之间的数据接口。端口号是由不同的主机上的TCP协议独立分配的，所以不可能全局唯一。 端口号和IP地址合起来，称为套接字，就可以在全网范围内唯一标识一个端口了。3.4.17 UDP 用户数据报协议UDP(User Datagram Protocol)是Internet运输层的另外一种重要协议。为什么在TCP之外还要提供UDP服务呢？这是因为在网络环境下的客户/服务器模式应用常常采用简单的请求/响应通信方式，如DNS应用等3.4.18 OSI与TCP/IP参考模型比较ISO-OSI与TCP/IP有许多相似之处。主要表现在以下几个方面： (1)它们都采用了分层次的体系结构和协议栈的思想。 (2)相对应的层的功能大体相似。 (3)运输层及其以上的层都为希望通信的进程提供端对端与网络无关的运输服务。 (4) 某些基本概念和术语是通用的。ISO-OSI与TCP/IP也存在如下差别：(1)OSI参考模型有3个重要的概念：服务、接口和协议。 其思想与现代面向对象的程序设计技术有相似之年。如一个对象(像一个层一样)有一组方法(操作)。该对象外部的进程可以使用它们。 这些方法的语义定交该对象提供的服务。方法的参数和结果就是对象的接口。对象内部的代码即是它的协议，在该对象外部是不可见的。 TCP/IP对这些概念的区别不太明确。(2)OSI是先建立模型，后产生协议，其间的匹配往往不够吻合； TCP/IP正好相反，它是先产生协议，后出现模型，其间配合得相当好。 OSI 7层参考模型是公认的国际标准，TCP/IP四层参考模型则是事实上的国际标准。(3)TCP/IP一开始就考虑到多种异构系统的互连问题，并将网际协议IP作为TCP/IP的重要组成部分。 但ISO和CCITT最初只考虑到使用一种标准的公用数据网络将各种不同的系统互连在一起。 后来，ISO认识到了网际协议IP的重要性，只好在网络层中划分出一个子层来完成类似TCP/IP中IP的功能。(4)TCP/IP一开始就对面向连接服务和无连接服务同等重视，而OSI在开始时只强调面向连接服务。 一直到很晚OSI才开始制定无连接服务的有关标准。 无连接服务的数据报对于互连网中的数据传送以及分组语音通信(即在分组交换网里传送语音信息)都是十分方便的。(5)TCP/IP有较好的网络管理功能，而OSI到后来才开始考虑这个问题第四章1什么是局域网？局域网的拓扑结构有哪些？它们有什么特点？答：局域网是一种计算机化的通信网络，它可支持各种数据通信设备间的互连、信息交换和资源共享。其覆盖距离较小，信息具有高速数据传输速率和低误率。它一般是一个单位所拥有的专用网。局域网最基本的技术包括：拓扑结构、传输技术和信道的访问控制方法(或接入方法)。局域网的拓扑结构有：总线形、星形、环形和树型。总线形拓扑结构特点：由单根同轴电缆组成，该电缆连接网络中所有节点，其中没有插入其他的连接设备，每个节点共享总线的全部带宽；实施方便，但管理成本高，难以隔离故障，网络信息流通量会使总线异常拥挤。星形拓扑结构特点：网络中的每个节点通过一个中央设备连接在一起；网络连接灵活，连线数量多，中心节点的故障将影响整个网络。环形拓扑结构特点：各节点通过通信介质连成一个封闭的环形，且所有节点的网络接口卡作为中继器；单个发生故障的工作站可能使整个网络瘫痪；同一个总线拓扑结构中，参与令牌传递的工作站越多，响应时间也就越长；不灵活且不易于扩展。树型拓扑结构特点：形状像一棵倒置的树，顶端是树根，树根以下带分支，每个分支还可再带子分支；易于扩展；故障隔离较容易；各个节点对根的依赖性太大3.访问方法 局域网的信道访问控制方法主要有5类： 固定分配、 需求分配、 适应式分配、 探询、 随机访问。 局域网将朝着高速、宽带及多媒体的总趋势不断发展。4.2.1 IEEE802 LAN 参考模型 IEEE802 标准遵循ISO-OSI参考模型的原则，主要涉及其低两层物理层和数据链路层的功能以及与网络层的接口服务、网际互连有关的高层功能。IEEE802 LAN参考模型与ISO-OSI参考模型的对应关系哪图4.2所示。 4.2.2 IEEE802 LAN标准 IEEE802 LAN标准委员会自1984年以来，已制定了多种局域网络标准，其中主要包括： (1) IEEE802 .1A:综述及体系结构。 1B:寻址、网际互连、网络管理及性能测量。 (2) IEEE802 . 2:逻辑链路控制，即高层与任何一种局域网MAC子层的接口。 (3) IEEE802 . 3:CSMA/CD访问方法和物理层技术规范。 (4) IEEE802 . 4:令牌总线访问方法和物理层技术规范。 (5) IEEE802 . 5:令牌环网访问方法和物理层技术规范。 (6) IEEE802 . 6:城域网访问方法和物理层技术规范。 (7) IEEE802 . 7:宽带技术。 (8) IEEE802 . 8:光纤技术。 (9) IEEE802 . 9:综合语音数据局域网。 (10) IEEE802 . 10:可互操作的局域网安全。 (11) IEEE802 . 11:无线局域网。 (12) IEEE802 . 12:100 VG-Any LAN。 (13) IEEE802 . 13：交互式电视网。 IEEE802 .1IEEE802 .6的相互关系如图4.3所示。 4.3.1 ALOHA ALOHA是美国夏威夷大学的校园网（ALOHA在夏威夷是人们迎送中的一种问候语）。 它是最早采用随机访问的一种无线网络。 其设计思想为后来的CSMA和CSMA/CD等随机访问总线局域网络奠定了基础。 ALOHA网络的结构采用的是一种集中控制的星形结构。 各用户节点(如小型机、电传机、绘图终端等)通过一公用频带与中心节点相连接。用户节点向中心节点的信息发送，采用随机访问方式。作为回程，中心节点则利用另一专用频带，采用广播方式向用户节点传播信息。 此外，该网络还通过网关和地面站与ARPA网络实现了互连。1.纯ALOHA 在纯ALOHA(Pure ALOHA)或简单ALOHA方式中，各用户节点可以完全随机地(不按时间片)循着入链路(公用无线频带)向中心节点发送定长信包，然后从出链路(专用无线频带)上等待接收应答信息。若有两个以上的用户节点同时发送信息，则会发生冲突(Collision)。遭遇到冲突的用户节点需要等待一随机时间延迟后再重发。中心节点可通过检查接收信包的校验和判断它是否有误。若正确，则接收该信包，并回送确认(ACK)信息，否则将不予理会。若用户节点在预定的时间内收不到ACK信息，即发生超时，则认为发送失败，需要重发该信包。若多次重发失败，则应该考虑放弃该信包的发送。 一般而言，信道的随机访问控制技术从原理上讲，需要权衡利弊解决好3个方面的问题：访问时机、冲突检测和重试(Retry)策略。上述纯ALOHA 采取的是“不按时间片-不监听-随机重发”策略，因而其访问方式可简单地归纳成“发送-冲突-再发送”的3步方案。 设T为发送一个定长信包所需要的时间(单位时间)；S为以T为时间单位的吞吐量，即每单位时间成功发送的信包数；G为以T为时间单位，信道上的信包到达率，它也可称作网络负载(Offered Load)。研究表明，对于纯ALOHA而言，其S与G的关系可由下式给出 由上式可以求出S的极大值，即当G=0.5时，最大吞吐量(信道容量)Smax=1/2e(约为0.184)。换言之，纯ALOHA的最大们道利用率为18.4%。 2.时间片ALOHA 为了提高纯ALOHA的吞吐量，可将时分多路复用(TDMA)的时间得概念引入ALOHA，即得到所谓时间片ALOHA(Slotted ALOHA)方式。其时间片长度等于或大于一个定长信包的发（传）送时间。各用户节点只允许在一时间片的起始时刻开始发送信息。这样，因冲突而浪费的时间将等于一信包传送时间。研究表明，其S与G的关系可由下式给出 类似地，当G=1时，可求得最大吞吐量Smax=1/e(约为0.368)。可见时间片ALOHA与纯ALOHA相比，其最大吞吐量已提高了一倍。4.3.2 CSMA 载波监听多路访问CSMA(Carrier Sense Multiple Access)是在ALOHA基础上发展起来的又一种随机访问控制技术。它适用于总线/树形拓扑等广播式随机访问局域网络。在这类中低速基带网络中，一对最远节点之间的端对端传输延迟-一般要小于一个信包传输时间T，即规一化传输延迟 远小于1。CSMA克服了ALOHA发送之前不管信道状态的盲目性，增加了“讲前先听”LBT(Listen Before Talk)的功能，因而能有效的提高信道利用率。CSMA可有3种不同的具体形式。 4.3.3 CSMA/CD CSMA/CD不仅保留了CSMA“讲前先听”的载波监听功能，并进一步增加了“边讲边听”LWT的冲突检测机制，从而能进一步提高信道的利用率。 1983年，CSMA/CD已被列入IEEE802.3标准。 随后，又被ISO确立为国际局域网络标准。 与此同时，美国波音公司(Boeing)还制定了一种以IEEE802.3为基础，支持办公自动化的技术与办公协议（TOP）标准。 下面主要论述CSMA/CD原理、后退算法、帧结构和基本组网技术。如无特别声明，我们约定IEEE802.3局域网、CSMA/CD总线网和以太网具有相同的含义。 1.CSMA/CD原理 CSMA/CD的基本原理主要包括以下内容：CSMA/CD仍保留上述CSMA的3种具体形式。 当某站点欲发信包时，它先监听信道（讲前先听），若信道忙（已有载波），则应推迟发送； 若信道闲（无载波），则以一定的概率P（P=1或0<P<1）发送，并继续监听信道一段时间。 若在这段时间内，本站点发送的信号与监听到的信号一致，则说明已占用了信道，即此次发送成功；若收发的信号不一致，则说明发生了冲突。 该站点应立即停止发送信包的其余内容，并转而发一简短的阻塞的信号JAM（或叫做“冲突加强”信号）。冲突的信包应按一定的后退(Back off)算法计算重发时间延迟。 若重发16次仍不成功，则认为信道负荷过重，应放弃此发送意图。CSMA/CD实际上是在相应的CSMA基础上，增加了以下算法规则： (1)若在冲突窗口时间内检测到冲突，则应立即停止发送信包，并发也一简短的阻塞信号，以确保所有站点能知道信道已发生冲突； (2)在发出阻塞信号后，再按一定的后退算法等待一随机时间，然后执行相应的CSMA重发信包。 例4.2 试通过计算来论证CSMA/CD的信道利用率为什么高于CSMA？ 设CSMA/CD总线网最大信包长度为1518字节×8位，信道的数据传输速率为10Mb/s，任意两个收发器之间的最大距离为1 500m，电信号在同轴电缆中的传输速率为0.77c（光速c=3×108 m/s）,一个信包所对应的时间宽度为T，最大往返端对端传输延迟为2 ，于是有 因此，最大往返端对端传输延迟与一个信包所对应的时间宽度之比值为 由此可见其比值很小，约为1%，亦即2 <<T。在CSMA中，某一节点一旦发送，即使它并没有真正获取信道，也要把该信包发完（时间宽度为T），这术在它遭遇到冲突之后的发送则白白浪费了信道带宽； 而对于CSMA/CD，在信包开始发送的瞬间（2），若检测到冲突，则会立即停止发送该帧的其余部分。通过以上计算可知，CSMA/CD由于其用于判断是否占有信道的时间（2）远小于一个信包所对应的时间宽度（T），因而能比CSMA具有更高的信道利用率。 例4.3 设冲突次数为11，试分别是计算二进制指数后退算法的平均重发延迟MBEB和截断二进制指数后退算法的平均重发延迟MTBEB。因为 于是有 例4.5 试设计10BASE-T与10BASE5、10BASE2互连的混合以太网系统。为使10BASE-T与10BASE5、10BASE2实现互连，可选择配置了AUI及BNC连接器的10BASE-T集线器，当要与10BASE5连接时，在集线器的AUI接口上配置一个外置收发器连接粗同轴电缆即可；当要与10BASE2连接时，在集线器的BNC接口连接细同轴电缆即可。该混合以太网络结构图如图4.11所示。4.6 典型局域网络比较1.CSMA/CD (1)访问的统计特性或不确定性 (2)重负荷时性能下降 (3)稳定性问题2.令牌总线（1）结构复杂（2）轻负荷适性能下降3.令牌环 (1)令牌维护问题 (2)启动与恢复问题 (3)结构本身的可靠性问题24. IEEE802.11规范了那几种物理介质？ 第五章5.1 100BASE-T(IEEE802.3u 1.物理层 发送速率提高时，帧的发送时间按比例缩短，但电磁波在电缆上传播的时间并没有变化。这样，在电缆另一端的站点还未来得及检测到冲突时，在发送端就已经把数据帧发送完毕了。所以当发送数据的速率提高时，若保持电缆长度不变，就应增大最小帧长，或者保持最小帧长不变而减小到100 m。帧间时间间隔从原来的9.6改为现在的0.96。 100BASE-T规范了4种不同的物理层标准列于表5.1。 2.简要说明FDDI的主要特征。 光纤分布式数据接口FDDI(Fiber Distributed Data Interface)网是一种高速光纤网络，其信道数据传输速率可达100 Mb/s。它采用光纤作为传输介质，其结构本质是令牌环与分布式双环境计算机网络(DDLCN)的结合物。 FDDI在正常情况下，可同时使用双环和多令牌，以提高网络效率； 在故障情况下，能较好的重构，具有较强的容错性能。 FDDI拥有光纤的高数据率、高抗电磁干扰、低误码率和信号衰减小等优点，还具有环形网访问具有的确定性、实时性较强和覆盖距离远等特点。例5.6 试设计一个FDDI通过若干交换机下连办公楼内若干以太网的Intranet结构图。 该Intranet结构图如图5.6所示，其主干网采用FDDI光纤网，各交换机与双环连接，并通其端口下连以太网站点，或与集线器级联后下连以太网。在某些应用场合中，图5.6中的交换机也可用网桥或路由来替代。该Intranet还可通过一台主干交换机连接路由器，或直接通过路由器上连Internet。5.6.3 千兆位在太网的组网技术1.千兆位以太网组网跨距 (1)无中继器连接，这里所说的跨距，是指网络系统中一对最远节点之间的距离，又要区分多模光纤还是单模光纤，多模光纤还有和之分，驱动光源还有长波和短波之分。对于铜缆又要区分采用的是TW型屏蔽双绞线还是5类非屏蔽双绞线。此外，还要区分是处在半双工模式下