南京大学—计算机专业考研复习资料—计算机网络 - 笔记.docx
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1、计算机网络数据与计算机通信 第九版William Stalling电子工业出版社ISBN 978-7-121-13925-3第一部分.概述第1章、数据通信、数据网络和因特网第2章、协议体系结构,TCP/IP和基于因特网的应用程序第二部分.数据通信第3章、数据传输1. 基带信号,宽带信号;数据一信号一传输;Nyquist带宽:无噪声情况下的理想数据传输速率C = 28 log? M,其中C的单位bps (bit/s); B为带宽,Hz; M 为每个码元的离散电平数;在带宽B一定的情况下,只要M足够大,C可以为任意大,这当然是一种理想情况,实 际上噪声的存在使M是有限的;2. Shannon容量公
2、式:有噪声情况下的C = B log2(l + SNR); SNR=S/N,为信噪比;该公式中的噪声为白噪声,没 有考虑冲激噪声和时延失真,因此实际能达到的数据率比理论值要低得多;第4章、传输媒体1 .导向传输媒体:1)双绞线;2)同轴电缆;3)光纤,多模突变,多模渐变,单模;.无线传输:1)天线;2)地面微波(中继);3)卫星微波:4)无线电广播;5)红外线2 .无线传播路径:从低频到高频,为1)地波;2)天波(高层大气的电离层反射,实际为折射);3)视距;.视距传输的损伤:1)自由空间损耗;2)大气吸收,主要是水蒸汽和氧气;3)多径,收到同一信号的多个不同时 延的副本;4)折射,随着海拔上
3、升,空气稀薄,无线信号折射向下弯曲;第5章、信号编码技术.数字数据一数字信号:数据率bps,数据传输的速率,记为R,则每个bit持续的时间为1/R;调制速率指信号电平改变的速率,取决于编码特性,又称波特率Baud,记为D, MD = R/L = R/log2M,其中L为 每个信号元素中的bit数,M为不同的信号元素个数,L=log2M:信号的编码应尽量将传输功率集中在传输带宽的中心位置;1)不归零电平NRZ-L, 0=高电平,1=低电平;有直流分量,多个相同码元传输时难以保持同步;2)不归零1制NRZI, 0=起始位置无跳变,1=有跳变;是差分编码;3)双极性AMI, 0=没有线路信号,1=正
4、或负电平,连续的1则正负电平不断交替;4)伪三进制码,1=没有线路信号,0=正或负电平,连续的。则正负电平不断交替;5)曼彻斯特编码,0=中间位置从高向低跳变1=中间位置从低向高跳变个;双相位编码;6)差分曼彻斯特编码,中间位置总有跳变,0=起始位置有跳变;1;起始位置无跳变;7)双极性8零替换,高密度双极性3零,都属于扰码技术,用违规码替换掉连续的多个0,增强同步能力:1 .数字数据一模拟信号:1)振幅键控ASK; 2)频移键控FSK,双值频移键控BFSK,多值MFSK; 3)相移键控PSK,双值BPSK,差分DPSK, 四值QPSK,正交(Orthogonal) QPSK: 4)正交调幅Q
5、AM,同频但相差90的两个载波,作为两个通道,分别 经ASK调制不同的信号;.模拟数据一数字信号:1)脉冲编码调制PCM; 2)非线性PCM; 3)增量调制DM, delta modulation;数字信号与模拟信号相比,优点为使用转发器而不是放大器,不存在噪声累积:采用时分复用TDM,而模拟信 号采用频分复用FDM, TDM不存在交调噪声;便于数字化处理;.模拟数据一模拟信号:1)调幅AM; 2)调频FM; 3)调相PM: FM和PM都是角度调制;第6章、数字数据通信1 .异步传输(按字符),同步传输(按帧);.差错检测:1)奇偶校验;2)循环冗余检验CRC;2 .差错纠正:差错检测和重传不
6、适合无线应用,因为差错率较高,对卫星链路,传播时延很长,单帧也很长,重传的 效率低,所以需要能直接纠正错误的编码方式;海明码,编码增益;.全双工和半双工;第7章、数据链路控制.数据链路控制协议提供流量控制,差错检测和差错控制等功能;流量控制使接收端能够调整来自发送端的数据流, 防止接收端缓存溢出;差错控制是通过重传损坏帧来实现的,这些帧可能是没有被确认,也可能是对方要求重传;1 .链路的bit长度B = R-d/V, B是以bit为单位的链路长度,即当bit流完全占满整个链路时的数量,R为数据率, bps, d为链路长度,m, V是信号传播速率,m/s;.流量控制1)停止等待流量控制:源点必须
7、待收到确认帧后才能继续发送下一帧;2)滑动窗口流量控制:全双工链路间,每个帧都有序号标识,发送/接收双方各维护一个窗口,两者窗口大小可 以不同,但一般是相同的,且为2匕1,发送端窗口内是可以发送的帧,或已经发送,尚未确认的帧(这些帧可能 重传,所以需要保存着);只有当收到的帧的序号在接收窗口内,接收端才收下该帧,发送确认帧,并将接收窗 口前移一帧;2 .可靠传输可通过确认(单独确认帧或捎带)和超时重传两种机制来实现;超时可应对帧丢失而未到达接收端,或接 收端检测到帧错误,直接丢弃不发送确认,或接收端发送的确认帧丢失的情况:3 .差错控制,自动重传请求ARQ:1)停止等待ARQ,基于停止等待流量
8、控制,增加了超时重传,需要标识区分重传帧;2)返回N帧ARQ,基于滑动窗口流量控制;发送端收到一个确认帧,则说明该帧及之前的帧(不管有没有对应 的确认帧)也都被收到了,即累积确认;接收端若发现某帧出错,则丢弃该帧及后续帧,或者发送一个拒绝帧, 或者等待超时;发送端重传该帧及后续帧,直到该帧被正确收到;接收端收到的帧总是有序的,只需要一个帧的 缓存窗口;3)选择拒绝ARQ,被重传的只有接收到拒绝帧或超时的帧,减少了被重传的帧的数量;但接收端必须有足够大 的缓存,以保存拒绝帧后续的帧,直到重传成功,并将这些帧按顺序传给上层;.高级数据链路控制HDLC,同步传输,数据为帧形式,面向bit流;帧的两端
9、有标志字段(若干独特的bit序列,0111 1110)起界定作用(上一帧的首和下一帧的尾可以共用一个标志字段);帧中的某段数据如果与标志字段相同,需 要被改写,可采用bit填充法:如果有5个连续的1,则在后面插入一个0,接收端在检测到连续的5个1,且后面 的一个是0,会自动删除这个0,从而恢复数据;这种方法实现了所谓数据透明性;第8章、复用.频分更用FDM, ADSL:波分更用(光的频分爱用);1 .时分复用TDM;同步时分,统计时分;第9章、扩频1 .扩频,跳频,直接序列扩频,码分多址(CDMA),频率和时间都复用,使多个用户间很少干扰地独立使用相同频带;.码片向量(-1, +1-),表示1
10、,按位取反则表示0;不同站的码片向量正交;第三部分.广域网第10章、电路交换和分组交换1 .电路交换技术用于公用电话网络,在两个通信站点间建立一条专用的通路,在该连接存在期间,网络内的交换和传 输资源完全为该电路的使用而保留;.分组交换是为了在数据通信量突发时提供比甩路交换更高效的设施而设计的。站点以称为分组的小数据块形式传输 数据,每个分组由用户数据和控制信息组成;PS:报文交换是介于上述两者之间的一种方案;2 .分组交换网络内部操作是数据报或虚电路1)数据报的各分组独立对待,终点相同的数据报可能沿不同的路由前进:2)虚电路在两个端点之间定义了一条路由,该虚电路的所有分组都沿着这条相同的路由
11、前进;适合长报文;第11章、异步传输方式1. ATM是面向连接的分组交换技术,它设计来提供类似电路交换网络的性能,同时又提供分组交换网络的灵活性和效 率;它采用小的,固定长度的分组,称为信元cell; ATM现多被IP技术(无连接的)替代;虚通道连接VPC,包含多个具有相同端点的虚通路VCC,而VCC是ATM中的逻辑连接;2. ATM服务种类:实时一恒定比特率,可变比特率;非实时一可变比特率,可用比特率,不指明比特率,保证帧速率; 第12章、交换网络中的路由选择.固定式路由选择策略,路由表,每个结点只要知道到达某一终点所需路由的下一个结点即可;1 .洪泛式,分组被发送到该结点的所有输出链路,为
12、避免数据无限增长,一种办法是让每个结点记录已转发过的分组, 当副本再次到达时则直接丢弃;另一种更简单的方法是在分组中增加一个跳数计数字段,每传递一次该计数减1, 当变成0时丢弃该分组;稳健性高,可用于发送紧急报文(甚至网络损坏严重);还可用于虚电路路由的建立;以 及广播的信息;缺点是通信负荷过高,此外还有数据泄露的安全风险;.随机路由;2 .自适应路由:路由选择的判断随网络结构的变化而变化;1)距离-向量路由算法一所有结点都定期地将它们的整个路由表传送给所有相邻结点,路由表包含每个终点及其 路径的距离,RIP协议里该距离是路由器跳数;2)链路状态路由算法一要求参与算法的梅个结点有完全的网络拓扑
13、信,目,定期测试其所有相邻结点的状态和时 延,如果发生显著变化,则采用洪泛法传播给所有结点,其它结点可用Dijkstra算法更新路由;简单地根据一次 测定的时延来改变路由,在网络负载较重时可能导致路由在重负荷结点和相邻的轻负荷结点之间反复振荡,影响 性能,可修改时延的计算方法,采用均值等方法平滑变化,减少振荡;OSPF算法;.最小生成树算法:Dijkstra算法,必须知道完整的网络拓扑;Bellman-Ford算法,只涉及相邻结点,逐步扩散;第13章、数据网中的拥塞控制.当通过网络传输的分组数量接近网络的处理能力时就会出现拥塞,这时网络的性能可能出现急剧下降;1 .拥塞控制:反压(利用拥塞的向
14、前扩散性);阻流分组(如因特网控制报文协议ICMP的“源点抑制”);隐式拥塞信 令(源点根据网络的时延来判断是否发生拥塞);显式拥塞信令;.发生拥塞时,结点可简单的丢弃所有收到的分组,也可以通过某种流量控制措施降低网络的流量;第14章、蜂窝无线网络.蜂窝无线网络使用了多个低功率的发送器,其覆盖范围被划分多个六边形平铺的蜂窝状;主要技术问题是衰落;1 .增大蜂窝网络容量的方法:1)添加新信道;2)频率借用或各蜂窝动态指派频率;3)蜂窝分裂;4)使用定向天线 将蜂窝扇区化;5)微蜂窝;第四部分.局域网第15章、局域网概述.局域网LAN由共享的传输媒体,一组与媒体的接口,以及规范媒体接入的硬件和软件
15、组成;1 . LAN的拓扑结构有:环形,总线形,树形和星形(如果星形拓扑LAN的中心结点是集线器,则是以广播模式工作的, 逻辑上仍是总线形的);.虚拟局域网VLAN,用三层交换机或路由器划分逻辑局域网(子网),缩小广播域;第16章、以太网. CSMA,随机接入(令牌环网是受控接入);1-坚持,空闲立即发送,总是持续监听;p-坚持,空闲时以概率p发送, 以概率1-P延迟后再监听;0-坚持,空闲立即发送,否则随机延迟后监听;1 .百兆以太网是带冲突检测的载波监听多点接入CSMA/CD式的,采用半双工模式;先听后发,边听边发,冲突停发, 随机重发;IEEE802.3和以太网都采用1-坚持,二进制指数
16、退避:当站点连续多次遇到冲突时,它仍不断重发,前10次重发的 随机时延平均值会逐次加倍,如果还是遇到冲突,再做6次尝试,这时的平均时延保持不变,16次重发失败后将放 弃并报告有差错发生;帧要足够长,才能在帧传输结束前检测到冲突(比正常传输电压更高的突变),如果帧的长度太短,检测不到冲突 的发生,就相当于只是效率较低的CSMA;.由于LAN的信道质量较好,故采用无连接的工作方式,不对数据帧编号,也不需发送确认帧,以简化系统,即实现 的是尽最大努力交付的不可靠服务;差错的纠正由传输层的TCP协议来完成;2 .如果CSMA/CD以太网的两个站点距离很远,信号电压衰落很大,即便发生冲突,也不会超过检测
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