(完整word)《计算机网络》第五版 复习笔记.pdf
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1、计算机网络第五版计算机网络第五版 复习笔记复习笔记tags:NetworkingLearning Note(本文为hcbbt个人总结,方便以后复习与查阅,顺便补图。)复习笔记,配套谢希仁计算机网络第五版。复习笔记,配套谢希仁计算机网络第五版。第第 1 1 章章 绪论绪论因特网因特网组成 P81.边缘部分边缘部分,用户直接使用,用来进行通信(传送数据、音频或视频)和资源共享;2.核心部分核心部分,由大量网络和连接这些网络的路由器(边缘部分,称端系统(end system))组成。提供连通性和交换。处于边缘部分的用户通信方式 P9-101.客户服务器方式(C/S 方式),即 Client/Serv
2、er 方式。(客户是服务的请求方,服务器是服务的提供方)2.对等方式(P2P 方式),即 Peer-to-Peer 方式。(对等连接中的每一个主机既是客户又同时是服务器。)交换技术:电路交换、分组交换、报文交换 P11-151.电路交换电路交换的三个阶段:建立连接,通话,释放连接。在通话时,两用户间占用端到端的资源,而由于绝大部分时间线路是空闲的,所以线路的传输速率往往很低。2.分组交换分组交换组成:报文、首部、分组。采用存储转发技术,即收到分组 储存分组查找路由(路由选择协议)转发分组。优点:高效、灵活、迅速、可靠;缺点:时延、开销。关键构件:路由器3.报文交换报文交换:先传送到相邻结点,然
3、后转存4.计算机网络的分类 P171.*广域网 WAN*(Wide Area Network):因特网的核心部分。2.*城域网 MAN*(Metropolitan Area Network):很多采用以太网技术。3.*局域网 LAN*(Local Area Network)4.*个人区域网 PAN*(Personal Area Network)从网络的使用者进行分类:公用网,专用网性能指标 P18:速率、带宽、时延1.速率速率:b/s(bps)。如100M 以太网,实际是指 100Mb/s。往往是指额定速率或标称速率。2.带宽带宽:数字信道所能传送的最高速率。3.吞吐量吞吐量:单位时间内通过某
4、个网络(或信道、接口)的数据量。其绝对上限值等于带宽。4.时延时延(delay 或 latency):数据(一个报文或分组,甚至比特)从网络(或链路)的一段传送到另一端的时间。也称延迟。发送时延:主机或路由器发送数据帧所需的时间,也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所需的时间。也成传输时延。发送时延=数据帧长度(b)/信道带宽(b/s)传播时延:电磁波在信道中传输一定距离所需划分的时间。传播时间=信道长度(m)/传输速率(m/s)处理时延:主机或路由器处理收到的分组所花费的时间。排队时延:分组在输入队列中等待处理的时间加上其在输出队列中等待转发的时间。综上:总时延=
5、发送时延+传播时延+处理时延+排队时延。注:对于高速网络链路,提高的是发送速率而不是传播速率。5.时延带宽积:传播时延*带宽。表示链路的容量。6.往返时间 RTT:从发送方发送数据开始,到发送发收到接收方的确认为止,所花费的时间。7.利用率:某信道有百分之几是被利用的(有数据通过)。而信道或网络利用率过高会产生非常大的时延。当前时延=空闲时时延/(1-利用率)计算机网络的体系结构 p25分层、协议、服务网络协议的组成要素:语法 语义 同步五层协议的体系结构(从下向上):1.物理层物理层主要负责在物理线路上传输原始的二进制数据;2.数据链路层数据链路层主要负责在通信的实体间建立数据链路连接;3.
6、网络层网络层主要负责创建逻辑链路,以及实现数据包的分片和重组,实现拥塞控制、网络互连等功能;4.运输层运输层负责向用户提供端到端的通信服务,实现流量控制以及差错控制;5.应用层应用层为应用程序提供了网络服务。OSI7 层体系结构7 应用层应用层6 表示层表示层5 会话层会话层4 传输层传输层3 网络层网络层2 数据链路层数据链路层1 物理层物理层TCP/IP 体系结构应用层、运输层、网际层和网络接口层应用层、运输层、网际层和网络接口层第第 2 2 章章 物理层物理层物理层的主要任务 P36物理层特性:机械、电气、功能、过程机械、电气、功能、过程传输媒体包括导向传输媒体和非导向传输媒体:导向导向
7、:双绞线双绞线包括屏蔽双绞线 STP(Shielded Twisted Pair)和无屏蔽双绞线 UTP(Unshielded Twisted Pair)同轴电缆同轴电缆光缆光缆,光纤通常由低折射率的包层和高折射率的纤芯构成。光线在纤芯中传输的方式是不断地全反射。分为单模光纤(成本高衰耗小)和多模光纤(适合近距离传输)。通常将一段段点到点的链路串接起来构成环路,通过 T 形接口连接到计算机。架空明线无线传输所使用的频段很广短波通信主要是靠电离层的反射,但短波信道的通信质量较差微波在空间主要是直线传播,传统主要两种方式:地面微波接力通信(容量大)和卫星通信(传播时延大)数据通信基本概念:通信方式
8、、调制技术 P37数据通信系统可划分为:源系统,传输系统,目的系统通信方式:单向(单工)、双向交替(半双工)、双向同时(全双工)信方式:单向(单工)、双向交替(半双工)、双向同时(全双工)基本二元调整方法:调幅调幅(AM)(AM)、调频、调频(FM)(FM)、调相、调相(PM)(PM)模拟(连续)信号:消息的参数的取值是连续的。数字(离散)信号:取值是离散的。非导向非导向:传输媒体 P40信道极限容量影响码元传输速率的因素 P39 信道极限信息传输速率信道极限信息传输速率 信噪比信噪比信道极限信息传输速率:仙农公式 P39信道能够通过的频率范围信道的频带越宽,即能够通过的高频分量越多,则可以用
9、更高的速率传送码元而不出现码间串扰。信噪比信道的带宽或信道中的信噪比越大,信息的极限传输速率也就越高。信噪比信噪比:信号的平均功率与噪声的平均功率的比值。信噪比(dB)=10 log10(S/N)(dB)香农公式香农公式,信道的极限信息传输速率 C:C=W log2(1+S/N)(b/s)W 为信道带宽(Hz),S 是信号功率,N 是噪声功率信道复用技术-频分复用、时分复用、波分复用 P47频分复用频分复用 FDMFDM(Frequency Division Multiplexing):所有用户在同样的时间占用不同的频率带宽资源。时分复用时分复用 TDMTDM(Time Division Mu
10、ltiplexing)则是将时间划分为一段段等长的时分复用帧(TDM 帧)。每一个时分复用的用户在每一个 TDM 帧中占用固定序号的时隙。每一个用户所占用的时隙是周期性地出现(其周期就是 TDM 帧的长度)。TDM 信号也称为等时(isochronous)信号。统计时分复用 STDM(Statistic TDM)是改进的时分复用,明显地提高信道的利用率。波分复用波分复用 WDM WDM(Wavelength Division Multiplexing):光的频分复用码分复用 CDM(Code Division Multiplexing)常用的名词是码分多址 CDMA:有很强的抗干扰能力。每一个
11、比特时间划分为 m 个短的间隔,称为码片(chip)数字传输系统PCM P53PCM 转换过程:模拟信号-数字信号采样-量化-编码采样频率:8KHz;采样周期:125us速率:每秒 8000 个 8 位二进制,64kb/s利用时分复用封装成帧不足:速率标准不统一 不是同步传输第第 3 3 章章 数据链路层数据链路层数据链路层使用的信道主要有以下两种类型:点对点信道、广播信道点对点信道、广播信道。数据链路层传送的是帧帧。数据链路层三大主要功能封装成帧、透明传输、差错检测 P65封装成帧封装成帧(framing)就是在一段数据的前后分别添加首部(帧开始符帧开始符 SOH 01SOH 01)和尾部(
12、帧结束符帧结束符 EOT 04EOT 04),然后就构成了一个帧。(数据部分=长度限制 MTU)首部和尾部的一个重要作用就是进行帧定界。解决透明传输透明传输问题:在数据中出现控制字符“SOH”或“EOT”的前面插入一个转义字符“ESC”(十六进制 1B)在一段时间内,传输错误的比特占所传输比特总数的比率称为误码率 BER。差错检测差错检测 在数据后面添加上的冗余码称为帧检验序列 FCS,CRC 是一种常用的检错方法,而 FCS 是添加在数据后面的冗余码。FCS 可以用 CRC 这种方法得出,但 CRC 并非用来获得 FCS 的唯一方法。PPP 协议 P701.应用环境:点对点信道、拨号用户与
13、ISP 之间2.组成及帧格式组成组成:一个将 IP 数据报封装到串行链路的方法。链路控制协议 LCP(Link Control Protocol)。网络控制协议 NCP(Network Control Protocol)。PPP 协议的帧格式:F=0 x7E,A=0 xFF,C=0 x03。2 个字节的协议字段:0 x0021,IP 数据报;0 xC021,PPP 链路控制数据;0 x8021,网络控制数据。信息部分不超过 1500 字节。尾部为 FCS。所有的 PPP 帧的长度都是整数字节。3.透明传输技术:字节填充、零比特填充当 PPP 用在异步传输异步传输时,就使用一种特殊的字符填充法字
14、符填充法:将每一个 0 x7E0 x7E 字节变为(0 x7D,0 x5E0 x7D,0 x5E),0 x7D0 x7D 转变成为(0 x7D,0 x5D0 x7D,0 x5D)。ASCII 码的控制字符(即数值小于 0 x20 的字符),则在前面要加入 0 x7D0 x7D,同时将该字符的编码加以改变。同步传输时 PPP 协议采用零比特填充方法来实现透明传输:在连续在连续 5 5 个个 1 1 时马上时马上添加添加 0 0。4.PPP 协议的工作状态:链路静止-建立物理层-链路建立-pc 发 LCP-NCP 分配 IP 地址-链路打开,网络层建立。(释放时倒过来)局域网拓扑、工作层次 P77
15、星形网(星形网(hubhub),环形网(令牌),总线网,树形网),环形网(令牌),总线网,树形网。局域网工作的层次跨越了数据链路层与物理层,不需要网络层及高层载波监听多点接入载波监听多点接入/碰撞检测碰撞检测 CSMA/CDCSMA/CD。“多点接入多点接入”表示许多计算机以多点接入的方式连接在一根总线上,“载波监听”是指每一个站在发送数据之前先要检测一下总线上是否有其他计算机在发送数据,“碰撞检测碰撞检测”就是计算机边发送数据边检测信道上的信号电压大小。CSMA/CD 协议要点、计算最短有效帧长 P79-83当一个站检测到的信号电压摆动值超过一定的门限值时电压摆动值超过一定的门限值时,就认为
16、总线上至少有两个站同时在发送数据,表明产生了碰撞,就要立即停止发送,免得继续浪费网络资源,然后等等待一段随机时间后再次发送待一段随机时间后再次发送。电磁波在 1km 电缆传播时延约 5 s。把总线上的单程端到端传播时延记为,A 发送数据后,最迟要经过最迟要经过 22 才能知道自己发送的数据和其他站发送的数据有没有发生碰撞。使用 CSMA/CD 协议的以太网不可能进行全双工通信而只能进行双向交替通信(半双工通信)。退避算法退避算法:确定基本退避时间,一般是取为争用期 2。定义重传次数 k,k 10,即 k=Min重传次数,10从整数集合0,1,(2k1)中随机地取出一个数,记为 r。重传所需的时
17、延就是 r 倍的基本退避时间。当重传达 16 次仍不能成功时即丢弃该帧。使用集线器的以太网在逻辑上仍是一个总线网,各工作站使用的还是 CSMA/CD 协议,并共享逻辑上的总线。以太网取 51.2s 为争用期的长度,可根据此算出最短有效帧长为最短有效帧长为 6464 字节字节,帧间最小间隔为 9.6 s。以太网0.网卡及 MAC 地址 P87网络接口卡 NIC“MAC 地址”实际上就是适配器地址或适配器标识符 EUI-48。高位24 位:厂家,低位 24 位由厂家自行指派1.MAC 帧-理解 P89以太网的 MACMAC 帧格式帧格式:目的地址字段 6 字节,源地址字段 6 字节,类型字段 2
18、字节(标志上一层使用的是什么协议),数据字段 461500 字节,FCS 字段 4 字节。前面插入的 8 字节中,7 个字节是前同步码 1 个是帧开始定界符。以太网的扩展1.在物理层扩展集线器集线器 P912.在数据链路层扩展网桥网桥(自学习算法自学习算法)P94网桥使各网段成为隔离开的碰撞域,网桥不改变它转发的帧的源地址,在转发帧之前必须执行 CSMA/CD 算法。当网桥收到一转发帧时,先查找自己的转发表中是否有源地址,若没有则添加此项。多接口网桥即交换式集线器常称为以太网交换机。利用以太网交换机可以很方便地实现虚拟局域网,虚拟局域网协议允许在以太网的帧格式中插入一个 4 字节的标识符,称为
19、 VLAN 标记。3.虚拟局域网-交换机 P98第第 4 4 章章 网络层网络层网络层两种服务 P109虚电路服务和数据报服务虚电路服务和数据报服务物理层中继系统:转发器(repeater)。数据链路层中继系统:网桥或桥接器(bridge)。网络层中继系统:路由器(router)。网桥和路由器的混合物:桥路器(brouter)。网络层以上的中继系统:网关(gateway)。IP 地址就是给每个连接在因特网上的主机(或路由器)分配一个在全世界范围是唯一的 32 位的标识符。由因特网名字与号码指派公司 ICANN 进行分配点分十进制点分十进制每一类地址都由网络号 net-id 和主机号 host-
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