2022年2022年计算机网络考点 .pdf
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1、第一章1、计算机网络的定义计算机网络是一些互相连接的、自治的计算机的集合2、因特网发展的三个阶段由单个网络向互联网发展形成了三级结构的互联网形成了多层次ISP 结构的因特网3、电路交换和存储交换的比较电路交换优点:实时性好,适用于实时回话等对传输要求较高的通信缺点:应对突发的流量不够灵活,信道利用率低,每次通信需建立连接,无存储功能,不能平衡网络流量,无差错检验机制存储交换优点:高效(动态分配传输带宽,对通信链路分段占用)、灵活(以分组为控制的基本单位) 、迅速(无需建立连接),可靠(有完善的网络协议)缺点:存储转发需要排队和处理,造成一定的时延;每个分组必须加控制的首部,也造成一定的开销4、
2、计算机网络的划分:按网络的交换功能分类:电路交换、报文交换、分组交换、混合交换按覆盖范围分类:广域网、局域网,城域网、接入网网络的使用者分类:公用网和专用网按传播技术分类:广播式网络:所有联网计算机公用一个公共通信信道点对点式网络:每条物理线路连接一对计算机5、计算机网络最主要的两个性能指标带宽:在传送模拟信号时,本来是指信号具有的频带宽度(单位为Hz) ;现在是指传送数字信号时所能达到的最高数据率(单位为b/s) 。更常用的带宽单位是千比每秒,即kb/s (103 b/s)兆比每秒,即Mb/s(106 b/s)吉比每秒,即Gb/s(109 b/s)太比每秒,即Tb/s(1012 b/s)请注
3、意:在计算机界,K = 210 = 1024 M = 220, G = 230, T = 240 。时延:时延=发送时延 +传播时延 +处理时延 ; 发送时延,又称传输时延,表示发送时数据块从节点进入到传输媒体所经过的时间。大小等于数据块长度/信道带宽传播时延,是指电磁波在信道中传播一段距离所花费的时间。大小等于信道长度/信号在信道上的传播速率处理时延: 有时也用排队时延代替,表示数据在交换节点为存储转发而进行一系列必要处理所花费的时间注意:单纯提高带宽只能减小发送时延(即传输时延),故并不一定可以提高整名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - -
4、- - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页,共 23 页 - - - - - - - - - 个网络的性能6、吞吐量和时延带宽积、往返时延RTT 吞吐量:是单位时间内通过一段网络(或信道、接口)的数据量,一般用于实际测量网络的数据量时延带宽积:是传播时延与带宽的乘积。又称为以比特为单位的链路长度。表示当第一个比特到达终点时,发送端已经发送的比特数往返时延RTT:表示从发送端发送第一个比特开始,到接收到接收端发送的确认为止,所经历的时延。7、计算机体系结构计算机体系结构是计算机网络各层及各层协议的集合8、实体、协议、服务访问点SAP、服务、分层实体:表示任何可接
5、收或发送信息的硬件或软件过程协议:指控制对等层实体之间进行通信的一组规则服务:指各层向他的直接上层提供的一组原语或操作服务访问点SAP:同一实体相邻两层进行交互的地方称为服务访问点SAP,也称为接口分层: osi 分为七层:物理层,数据链路层,网络层,传输层,会话层,表示层,应用层tcp/ip 分为四层:网络接口层,网际层,传输层,应用层,且第一层无具体内容。综合:分为五层:物理层,数据链路层,网络层,运输层,应用层9、客户和服务器客户 (client) 和服务器 (server)都是指通信中所涉及的两个应用进程第二章1、物理层的主要任务:确定与传输媒体的接口的一些特性,包括:机械特性 (接口
6、的形状, 帧数等);电气特性 (接口的额定电压等) ;功能特性 (各个电压所表示的意义) ;规程特性(不同功能的各个可能事件的出现顺序)2、数据通信系统的组成源系统:源点和发送器传输系统:目的系统:终点和接收器3、数字和模拟虽然数字化已成为当今的趋势,但并不是说数字信号和数字数据就一定是先进的。数据究竟是数字的还是模拟的,是由产生数据的性质决定的,如我们说话时, 声音的大小是连续变化的。 数据必须转化为信号才能在网络媒体上传输。可是有的传输媒体只适合与传送模拟信号,因此即使数据时数字形式的,也要将数据转化为模拟信号传输。4、调制和解调(以及我们为什么需要调制解调器)调制:把数字数据转换为模拟信
7、号的过程叫做调制。解调就是调制的逆过程 我们之所以需要调制解调器,是因为我们的PC 机与主干网或ISP 之间存在一段电话用户线,所以只能调制后才可在其上传播。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页,共 23 页 - - - - - - - - - 在公用电话网中, 交换机之间大都已经数字化,所以模拟信号必须转化为数字信号才可在数字信道上传输。5、数据和信号的概念数据运送消息的实体,是信息的载体。信号数据的电气的或电磁的表现,是数据的载体, 是数据在传输过程中电信号的表
8、示形式。6、数据和数据传输方式的分类P35 fig-2-2 7、信道信道表示向某一个方向传送信息的媒体。它不等同于通信电路。一条可进行双向通信的线路往往包括一条发送信道和一条接收信道数据传输方式:串行通信和并行通信通信模式:单向通信: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:通信的双方都可以发送和接收信息,但不能双方同时发送或接收双向同时通信:通信的双方可以同时发送和接收信息8、基带信号和宽带信号基带信号就是用两种不同电压表示0,1 两种信号,直接送到线路上去传输宽带信号是指基带信号经过调制形成的频分复用模拟信号9、几种典型的调制方法调幅( AM ) 、调频( FM) 、调相( PM
9、)QAM( 正交调制 ):即使用直直角坐标系(每个象限有四个点,坐标原点到每个点的边的长度表示为r,这条边与x 轴的夹角表示为) ,则每个点可用(r,)表示,共十六个不同的坐标对,一个码元就可以表示4bit 的信息10 曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码在基带传输数字数据信号的编码方式主要有:非归零码NRZ;曼彻斯特( manchester)编码;差分曼彻斯特(difference manchester)编码。非归零码NRZ 内容略曼彻斯特编码:每一个比特周期T 分为前 T/2 和后 T/2 周期,前半个周期发送该比特的反码,后半个周期发送该比特的原码优点:每一个比特的中间有一次电平跳变(两次跳变
10、的时间间隔可以是T 或 T/2) ;利用电平跳变可以产生收发双方的同步信号。又称“自含时钟编码信号”缺点:其所占的频带宽度比原始基带信号增加了一倍改进:差分曼彻斯特编码差分曼彻斯特编码:每比特的中间跳变只做同步之用;而比特的值根据开始边界是否发生跳变来判断(一个比特开始处发生电平跳变表示0,不发生跳变表示1)改进后的变化:抗干扰性更强11、数字传输系统现在的数字传输系统都是采用脉冲编码调制(PCM) 机制(实际上是将模拟信号转换为数字信号的方法) 。分为三步(采样、量化、编码)12、 奈氏准则和香农公式奈氏准则:理想低通信道下的码元最高传输速率为两倍的带宽(2W Baud ) ;(低通是指信号
11、的低频成分,即低于某一频率的成分,都能够不失真的通过名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页,共 23 页 - - - - - - - - - 信道,而高频成分都不能通过) 理想的带通信号信道下的码元传输速率为一倍的带宽(1W Baud) ;(带通信道是指介于f1 和 f2 之间的信号都可通过该信道,其余成分都不能通过)注意:此处为波特率,而不是比特率,即码元的信号传输速率。若一个码元含有N 比特的信息,则M Baud/s=M*N (b/s) 香农公式:香农推出了信道的
12、极限传输速率C=Wlog2(1+S/N) (b/s) 其中, W 为信道的带宽,以HZ 为单位; S 为信道的信号平均功率;N 为信道内高斯白噪声的功率意义:只要信息传输速率低于信道的极限信息传输速率,就一定可以找到某种办法来实现无差错的传输。注意:通常把S/N 称为信噪比,同时信噪比通常表示成10lg(S/N) dB 的形式例如:已知信噪比为30dB,带宽为3kHz,求信道的最大数据传输速率。 10lg(S/N)=30 S/N=10(30/10)=1000 C=3000log2(1+1000) 30k bps 13、常见的信道复用技术频分复用 FDM 、时分复用TDM 、统计时分复用STDM
13、 、波分复用WDM 、密集波分复用 DWDM 、码分复用CDM(又称码分多址CDMA )码分复用详解:每一个站被指派一个唯一的m bit 码片序列。一个站如果要发送比特1,则发送自己的码片,如果要发送比特0,则发送给码片的二进制反码。各个站的码片不仅各不相同,而且正交,即规格化内积都是0.(即每一位对应相乘再相加取平均数)。不仅如此:任意站点的码片序列与其自身的规格化内积都为1,而任一码片序列与其反码的规格化内积都为-1(0 用-1 表示时)这样如果一个站想接收s 站的数据, 就可以使用s站的码片序列与接到的信号做规格化内积, -1 即为 0,1 即为 1。14、中继器和集线器这两个设备都工作
14、在物理层,实现信号的放大与整形。集线器模拟了传统电缆的功能,因此整个系统仍然是一个以太网(局域网)。使用 CSMA/CD 协议 . 第三章点对点信道的数据链路层1、链路与数据链路链路是一条无源的点到点的物理线路段,中间没有任何其它的交换结点数据链路是指在链路上加上实现协议的软件和硬件,就构成了数据链路现在最常用的方法是用网络适配器(网卡) 作为实现协议的软件和硬件,而且一般网卡包括物理层和数据链路层两层的功能2、数据链路层的主要功能:数据链路层传送数据的单位是帧(即在网络层交付的数据中添加链路层首部和尾部构成的名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - -
15、 - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页,共 23 页 - - - - - - - - - 数据单元),早期的数据通信协议又称通信规程,故在数据链路层,协议与规程是同义词。数据链路层的主要功能有链路管理,帧定界,透明传输,差错控制,此外还有流量控制等功能,但是现在已经基本属于运输层功能每个数据链路层协议都规定了帧的数据长度上限最大传送单元MTU 。3、三个基本问题详解(1)帧定界帧的首部和尾部的一个作用就是帧定界组帧通常有四种组帧方法字符计数法:利用首部的一个域来指明帧的字符数使用字符填充的首尾定界符法:让每一帧以一些特殊的字符开始或结束使用比特填充的
16、首尾标志法(也称零比特填充法),以 01111110为一帧的开始和结束标志, 在发送端的数据链路层数据中每次碰到5 个 1,则在后添0,在接收端在予以恢复,从而实现透明传输利用物理介质上编码的违法标志来区分开始和结束。如曼彻斯特编码中“高-高”或“低 -低”是不合法的,可用于帧的开始和结束(2)透明传输以字节填充法来说明假设以SOH 和 EOT 为首部和尾部,若数据中也存在这两个标志(也可能出现其中之一) ,则会造成接收端的误判,故应在这样的数据前插入转义字符,若转义字符也出现在数据中,则,转义字符前加一个转义字符,接收端删掉转义字符,这样就可实现透明传输。(3)差错控制设计数据链路层的主要目
17、的:将有差错的物理链路改变成无差错的数据链路差错控制编码原理:信息位:要发送的数据冗余位:在向信道发送数据以前,按照一定的关系加上冗余位。发送和接收过程:发送时把信息位和冗余位一起发送;接收时,检验信息位和冗余位之间的关系是否正确编码分类:检错码和纠错码利用编码进行差错控制的分类:自动请求重发ARQ(接收端发现差错则请求重发)和前向纠错FEC(在接收端进行纠正) 常见的检错码:奇偶校验码和循环冗余编码CRC 奇偶校验即通过增加冗余位使码字中1 的个数为奇数位或偶数位CRC 循环冗余编码详解:CRC 码又称为多项式码,这是因为任何一个二进制串都可以与只含0 和 1 两个系数的多项式建立联系方法:
18、假设有k bit 的数据 M,在 M 后面加上n bit 的冗余码,则虽然增加了数据传输的开销,但是可以进行差错检测。n bit 冗余码获得方法:先用2nM(相当于在M 后加 n 个 0),得到( k+n)位的数,除以事先约定的长度为(n+1)位的数P,得到商为Q,余数为R(n bit) 。这个余数就作为冗余码添加在M 的后面发送出名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页,共 23 页 - - - - - - - - - 去。增加的冗余码称为帧检测序列FCS 在接收端则
19、进行CRC 检测,即把收到的帧同时除以同样的P, 得出余数R。判断:若得出余数为0,则认为传输无差错;否则,认为出现差错,丢弃该帧。P 的确定。用生成多项式P(X) 的系数来表示P。现在常用的生成多项式是:CRC-16=X16+X15+X2+1 CRC-CCITT=X16+X12+X5+1 CRC-32=X32+X26+X23+X22+X16+X12+X11+X10+X8+X7+X5+X4+X2+X+1 FCS 与 CRC 的区别: CRC 是一种检测技术,而FCS 是添加在数据后面的冗余码,他可以使用CRC,也可不使用CRC. CRC 只能做到无差错接受,即凡是接受的帧,都能以非常接近1 的
20、概率认为没有差错,但是并不能保证可靠传输(即发送什么就接收什么),要做到这点,还需确认和重传机制4、停止等待协议(1)理想化传输需要的条件假定一:发送方发送的任何数据就不会出差错,也不会丢失假定二:无论发送方发送速率有多大,接收方都来得及接收(即认为接收方向上层交付的速率永远不低于发送端发送速率)(2)实际上由接收方控制发送方的数据流是计算机网络流量控制的一个基本方法。(3)实用停止等待协议的内容:两点规定:不使用否定帧,只使用确认帧;习惯上ACKn 看成是确认第n 帧已正确接收,希望接受第n+1 帧(取模运算) 。发送端:从主机取出一个数据帧,送交数据缓存V(S)-0 发送状态变量V(s)初
21、始化 N(S)-V(s) 把发送状态变量写入数据帧中的发送序号N(S) 把发送缓存中的数据帧发送出去(其副本仍然保留在发送缓存中)设置超时计时器等待(等待或的响应)收到确认帧ACKn 从主机取出数据帧,送交发送缓存。V(S)-1-V(S), 执行超时计时器到时,转到接收端V(R)=0 等待接收发送端传来的数据帧收到一个数据帧,判断若 N(s)=V (r),接收该帧,转到在(4)若不相等,则丢弃该帧,转到(6)向上层交付该数据帧V(R)=1-V(R) n=V(R), 向发送端发送确认帧ACKn, 转到因为停止等待协议是自动重传的,故简写为ARQ 重传时间的确定:一般取两倍的传播时延(即:Tout
22、=2Tp)名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页,共 23 页 - - - - - - - - - (4)ARQ 的优缺点优点:简单缺点:信道利用率较低改进:连续ARQ 协议和选择重传协议5、连续 ARQ 协议(1)要点:在发送完一个帧后,并不是停止等待,而是连续的发送若干数量的帧,如果此时接收到了发送的确认,还可以再发送新的数据帧;接收方只接收有序到达的帧,如果中间的某帧出错,那么其后的帧都必需重传;发送端没发送一个帧,就需设置一个超时计时器,如果在设定的超时时间内
23、,没收到确认帧,则需要重传,超时计时器也需重新设置(2)连续 ARQ 又称 GO-BACK-N ARQ,因为每次出错都需退到出错位置重传(3)优缺点优点 :信道利用率较高缺点:出现传输错误时,后导致某些已经正确发送的帧重新发送,因而降低了传送效率注意:当误码率较低时,连续ARQ 优于停止等待协议,否则,不一定6、滑动窗口的概念(1) 连续 ARQ 协议需要解决的问题:需要限制已经发送但还没有确认的帧的个数帧的编号问题循环重复使用有限的帧序号;开销要尽量的小在发送端和接收端分别设置窗口可以很好的解决以上问题(2)发送窗口的大小Wt 代表还没有收到确认前,发送端一次可以发出的帧的个数(只有序号在窗
24、口内才可发送)(3)在接收端则比较简单:凡是与接收窗口序号一致的数据帧才可被接收,若收到其他的帧,则丢弃在连续ARQ 中, Wr=1.只有发送序号落在发送窗口内的帧才被接收。否则,丢弃。每接收到一个序号正确的帧,接收窗口就向前滑动一格,同时向发送端发送对该帧的确认。(4)注意:只有接收窗口滑动,发送窗口才可进行滑动,也就是说,窗口滑动是由接收端驱动的;该协议又称滑动窗口协议;发送窗口 Wt 必须小于2n-1(而不是2n,n 为编号的位数)7、选择重传协议(1)要点:选择重传协议改变了接收端的处理。接收端的接收窗口不在是1,而为一个大于 1 的值 Wr,这样就可以接收那些发送序号不连续但是却在接
25、收窗口内的那些帧,等待发送出错的帧重传后一并上交给主机(2)选择重传协议对发送窗口Ws 和接受窗口Wr 的要求 Ws+Wr=2n Ws=Wr 故:发送窗口最大为2(n-1) 8、PPP协议(1)概述: PPP协议是现在世界上使用最多的数据链路层协议,特点是比较简单(2)PPP协议不应具有的功能纠错(但可以检错) ;流量控制;序号;多点线路;半双工和单工电路(3)组成部分:名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页,共 23 页 - - - - - - - - - 一套将网
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