计算机网络期末考试考点解析_对应《计算机网络》.pdf
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1、计算机网络考点解析-计算机网络(第二版)冯博琴第 一 章 绪 论1、计算机网络的产生和发展第一代网络:单计算机联机系统:以单计算机为中心的联机系统多点通信线路:在一条线路上串接多个终端。终端集中器和前端处理机:硬件配置简单,负责从终端到主机的数据集中从主机到终端的数据分发;提高远程高速通信线路的利用率,还可以互相连接,连接多个主机,具有路由选择功能。第 二 代 网 络(以远程大规模互联为特点)A RP A N E T(现代计算机网络1 9 6 9年美国D A RP A建成的)的特点:1.资 源 共 享2.分 散 控 制3.分 组 交 换4.采用专门的通信控制处理机5.分层的网络协议;根据目的分
2、为3个类型:1.用户在一定范围内共享专用资源而建立的网络 2.用户在一定地域范围通信,以通信服务为目的的通信服务网络 3.用于商用目的公用分组交换数据通信网络。第三代 网 络(以网络体系结构标准化为特征)1 9 7 7年国际标准化组织制定(I SO)“开放系统互联参考模型(0 SI)”,I n te r n e t的产生和发展:1 9 6 9年A RP A N E T问世后得到飞速发展,到1 9 8 3年已连接3 0 0多台计算机,供美国各机构和政府使用。1 9 8 4年A RP A N E T分为A RP A N E T是民用科研网,和军用计算机网络M I L N E T。1 9 8 6年美
3、国组建了新的骨干网N SF N E T0 1 9 8 9年A RP A N E T解散,N SF N E T对公众开放,成 为I n te r n e t的体系骨干网络。1 9 9 2年I n te r n e t不再归美国政府管理,而成立了 一个国际组织I n te r n e t协会负责管理I n te r n e t,制 定I n te r n e t相关标准和推广I n te r n e t的普及。计算机网络的产生和发展:源于计算机与通信技术的结合,始于2 0世纪5 0年代,从4 8 0 0 b/s争用型无线电频道传输系统发展到在光纤上每秒传输1 0 0 0兆位的信息。2、计算机网络的
4、概念计算机网络的定义:利用各种通信手段,把地理上分散的计算机有机的连在一起,达到互相通信而且共享软件、硬件和数据等资源的系统。从终端分时系统到计算机网络:早期,由于计算机主机昂贵,连接终端的费用较低,多终端分时系统得到发展,一般都组织地区性计算中心,计算机趋于集中化。多终端分时系统属于集中控制,可靠性低;局域网采用分布式控制方式,有高的可靠性。多机系统:同一机房中的许多大型主机互联组成功能强大、高速并行处理的计算机系统。耦合度:处理机之间连接的紧密程度。计算机网络与分布式系统:他们在计算机硬件连接、系统拓扑结构和通信控制等方面类似,都具有通信和资源共享的功能,各互联计算机可以相互协调工作,共同
5、完成一项工作,一个大型程序可以发布在多台计算机上并行运行。3、计算机网络的功能数据通信、资源共享、提高可靠性、促进分布式数据处理和分布式数据库的发展、文件访问和传送、远程数据访问、虚拟终端、作业传送和操纵、远程进程间的通信及管理4、计算机网络系统的组成网络软件的内容:网络协议和通信软件、网络操作系统、网络管理和网络应用软件。网络系统的构成:通信子网和资源子网,网络的组成元素:网络节点和通信链路。5、计算机网络分类(1)广域网:作用范围在几十到几千k叫局域网:作用范围几m到几十k m城域网:作用范围在w a n和l a n之间,运行方式与l a n相似;有线网:采用物理介质来传输数据的网络;无线
6、网:采用无线形式来传输数据的网络;点对点传播方式网:以点对点的连接方式把各个计算机连接起来的网络,采用的拓扑结构是星型、树形、环形、网状;广播式传播方式网:用一个共同的传播介质把各个计算机连接起来的网络,主要有以同轴电缆连接起来的共享总线网络和以无线、微波、卫星方式传播的广播网。(2)总线型结构的特点:采用广播式通信方式,结构简单灵活,可扩充,设备投入量少,成本低,安装方便,实时性差,某个工作站点出现故障时,对整个网络系统彩响较大、点一点全互联型结构的特点:无需路由选择、通信方便,网络连接复杂,适合在节点数少,距离很近的环境中使用。(3)计算机网络分类:计算机网络与终端分时系统、计算机网络与多
7、机系统、计算机网络与分布式系统。6、计算机网络的应用企业信息化、电子商务、信息的发布与检索、个人通信、家庭娱乐、第2章数据通信的基础知识1、基本概念信源:一次通信中产生和发送信息的一端。信道:信宿与信源之间进行信息交互的通道。信宿:接收信息的一端。噪声:信息在传输过程中受到的干扰。通信过程:数据从发送端出发到数据被接收端接收的整个过程。码元速率:每秒传送的码元数,单 位 为 波 特(B a u d)。信息速率:每秒传送的信息量,单位为 b/s0消息速率:单位时间内所传送消息的数量。误码率:P c是指传输的码元被传错的概率;P c =传错的码元数/传输的码元总数误位率:P b错误接收的位数占传输
8、总位数的概率;P b =错误接收的的位数/传输的总位数误字符率:P w错误接收的字符数占传输总字符数的概率;P w =接收的出错的字符数/传输的总字符数传输速率:指每秒传输的编码前的数字数据的二进制比特数,包括码元速率、信息速率等指标2、信息及其主要特性(1)单工通信:数据信号只可以从一个站点传送到另一个站点。半双工通信:数据信号从A到B与B到A两个方向的通信,但不能同时进行。全双工通信:数据信号从A到B与B到A两个方向的通信,可以同时进行。(2)信道的最大传输速率:对他最有影响的损耗包括衰减和衰减失真、延时变形、噪声。基带传输:指在信道上直接传输数据的基带信号,是一种最简单最基本的传输的方式
9、,用于局域网。频带传输:指数字信号调制成模拟音频信号后,到达接收端时再把音频信号解调成原来的数字信号,使用此方法时要求发送端安装调制解调器,实现双工通信时,两端都安装调制解调器。他解决了数字信号利用电话系统传输的问题,实现多路复用,提高信道利用率。宽带传输:指传输速率大于I M b/s的广域网接入技术,如A D SL、D D N(3)理解应用:数字信道和模拟信道数字信道指以数字脉冲形式传输数据的信道;模拟信道指以连续模拟信号形式传输数据的信道。模拟数据取连续值,数字数据取离散值,模拟信号是随时间连续变化的信号,数字信号只取有限离散值数字信号之间的转换是瞬间的。3、传输介质(1)同轴电缆特性:计
10、算机网络中使用基带同轴电缆阻抗5 0,有粗同轴和细同轴两种应用:总 线 局 域 网(以太网)性能:数据传输速率1 0 M b/s,5 0 0 m/1 8 5 m双绞线电缆特性:螺旋绞合的双导线,每根4对、25对、1 8 0 0对,典型连接距离1 0 0 m (L A N)R J 4 5插座、插头,常用的双绞线:3类(1 6 M b/s)和5类(1 5 5 M b/s)两种优缺点:成本低,组装密度高、节省空间,安 装 容 易(综合布线系统),平 衡 传 输(高速率)抗干扰性一般,连接距离短光纤电缆特性:依靠光波承载数据,光脉冲在玻璃纤维中传播,单向传输,双向需两根光纤应用领域:局域网主干、电信网
11、络、服务器连接优缺点:传输带宽高:仅受光电转换器件的限制(1 0 0 G b/s)传输损耗小,适合长距离传输抗干扰性能极好、误码率低、保密性好轻便,价格较高,需要光电转换纤芯材料:塑料,二氧化硅无线传输介质:使用电磁波或光波携带信息优缺点:无需物理连接,适用于长距离或不便布线的场合,易受干扰,反射,为障碍物所阻隔主要类型:无线电、地面微波,通信卫星,红外线(2)通过光纤传输数据的过程发送端:发送端将电信号转换成光信号,接收端用光检波将光信号还原成电信号。光源采用的器件:发光二极管和激光二极管。接收端:使用光电二极管将光波装换成电能。使用的器件是:P I N光 电 二 极 管(价格便宜,电路简单
12、,不灵敏)、雪崩光电二极管AP D(灵敏度高,电路复杂)不同传输介质的比较和选择双绞线价格便宜,满足通常的电话系统的要求,距离限于1 0 0 m。同轴电缆价格贵一点,抗干扰性好,安装简单。光纤损耗低、频带宽、数据传输速率高、抗干扰强,适用于高速网络系统和中远距离数据传输的网络系统。无线介质无法满足数据传输速率需求,费用不比有线低,存在网络管理和安全问题,用于移动通信和不便于铺设有线电缆的地方。4、数据编码(1)数字数据调制编码基本形式(调幅:幅移键控法AS K、调频:频移键控法F S K、调相:相移键控法P S K)(2)采样定理如果模拟信号的最高频率为F,若以学2 F的采样频率对其采样,则从
13、采样得到的离散信号序列就能完整地恢复出原始信号。P CM编码过程:采样、量化、编码5、多路复用技术频分复用 F DM (F r e q u e n c y D i v i s i o n M ul t i p l e x i n g)按频率划分不同的信道,如C A T V系统时分复用 T D M (T i m e D i v i s i o n M ul t i p l e x i n g)按时间划分不同的信道,目前应用最广泛波分复用 WD M (Wa v e D i v i s i o n M ul t i p l e x i n g)按波长划分不同的信道,用于光纤传输码分复用 C D M
14、(C o d e D i v i s i o n M ul t i p l e x i n g)按地址码划分不同的信道,非常有发展前,抗干扰强,保密好,灵活机动,有直接序列D S-C D M A 和跳频 F H-C D M A6、数据交换技术(1)存储转发:在交换过程中,交换设备将接收到的报文先存储下来,待信道空闲时再转发出去,一级一级中转,直到目的地。(2)电路交换的含义及特点含义:在通信双方之间建立一条临时专用线路的过程。特点是数据传输前需要建立一条端到端的通路。-称 为“面向连接的,过程:建立连接一通信一释放连接。优缺点:建立连接的时间长;一旦建立连接就独占线路,线路利用率低;无纠错机制
15、;建立连接后,传输延迟小。报文交换的特点:传输之前不需要建立端到端的连接,仅在相邻节点传输报文时建立节点间的连接。-称 为“无连接的”优缺点:没有建立和拆除连接所需的等待时间;线路利用率高;传输可靠性较高;报文大小不一,造成存储管理复杂;大报文造成存储转发的延时过长,且对存储容量要求较高;出错后整个报文全部重发。分组交换的原理与特点原理:将报文分割成若干个大小相等的分组(Packet)进行存储转发。特 点:数据传输前不需要建立一条端到端的通路也 是“无连接的”。有强大的纠错机制、流量控制、拥塞控制和路由选择功能。优缺点:对转发节点的存储要求较低,可以用内存来缓冲分组速度快;转发延时”-适用于交
16、互式通信;某个分组出错可以仅重发出错的分组效率高;各分组可通过不同路径传输,容错性好;需要分割报文和重组报文,增加了端站点的负担。分组交换有两种交换方式:数据报方式和虚电路方式(3)数据交换技术是按某种方式动态地分配传输线路资源。节省线路投资,提高线路利用率。技术有三种:电路、报文、分组交换。7、差错控制及检错差错控制是在通信过程中,发现、检测差错并进行纠正。要进行差错控制的原因不存在理想的信道一传输总会出错。产生差错的原因:信号衰减和热噪声;信道的电气特性引起信号幅度、频率、相位的畸变;信号反射,串扰;冲击噪声,闪电、大功率电动机的启停等。差错控制编码分为纠错码、检错码。差错控制方法有自动请
17、求重传和前向纠错。自动请求重传包括停等ARQ、选 择 重 传A R Q、全部重发A R Q检错码包括循环冗余校验、奇偶校验第3章计算机网络体系结构1、网络体系结构(1)网络体系结构的定义同层进程间通信的协议以及相邻层接口(2)网络体系结构的分层原理层次结构方法的优点:独立性强、适应性强、易于实现和维护通信协议指保证数据通信双方正确而自动进行通信,针对通信过程的各种问题,制定一套交互双方都遵守的规则。他具有层次性、可靠性、有效性。通信协议的三要素:语义、语法、时序2、开放系统互联参考模型(OS I/RM)(1)O S I/R M:开放系统参考模型。开放系统:遵守互联标准协议的实系统、实体:在某一
18、层有数据收发能力的活动单元、服务:网络中各层向其上层提供的一组功能集合,是相邻两层之间的界面、服务原语:专供用户和其他实体访问服务。、数据单元:信息传送的单位(2)0 S I七层模型应用层、表示层、会话层、传输层、网络层、数据链路层、物理层3、0SI各层概述(1)D T E:是指具有一定的数据处理能力以及收发能力的数据输入/输出设备、终端设备或计算机等终端装置。D C E:是指自动呼叫应答设备、交换机以及其他一些中间装置的集合,其作用就是在D T E和传输线路之间提供信号变换和编码的功能,并且负责建立、保持和释放数据链路连接。物理层的特性:机械特性、电气特性、功能特性、规程特性。数据链路层的目
19、的和功能:目的:在两个相邻节点间可靠地传输数据,使之对网络层呈现为一条无错的链路。功能:建立与拆除数据链路连接;构成数据链路数据单元;数据链路连接的分裂;定界与同步;差错的检测/恢复;顺序和流量控制(2)网络层功能:建立和拆除网络连接、路由选择和中继、网络连接多路复用、分段和组块、传输和流量控制、差错的检测和恢复传输层的功能:映射传输层地址到网络地址、多路复用和分割、传输连接的建立与释放、分段与重新组装、组合与分解端口:是通信进程的唯一标识,获得方法有:通信双方预留约定、使用系统保留、从名字、目录服务器获得。(3)数据报含义:网络层从运输层接受报文(发送时)并拆分为报文分组,把每一个分组作为一
20、个独立的信息单位传送。特征:不需建立连接、每个数据报都附有网络地址、要求路由选择、数据报不能保证按序到达目的地、对故障的适应性强、易于平衡网络流量(4)虚电路:含 义:在源主机要与目的主机通信之前,应先建立一条网络连接。特征:要求先建立连接、全网地址、路由选择、按序到达、可靠性较高、适用于交互式作用类型:永久虚电路、呼叫虚电路4、TCP/IP体系结构(1)T C P/I P的网络层功能:寻址、打包、路由选择。核心协议是I P (无连接的数据报传输服务),辅助协议:A R P、R A R P、I C M P、I G M PT C P/I P的传输层:传输控制协议T C P、用户数据报协议U D
21、P(2)T C P/I P协议集及其主要协议T C P/I P不是一个单个的协议,而是由数十个具有层次结构的协议组成的一个协议集。T C P和I P是该协议集中的两个最重要的核心协议。T C P/I P是I n t e r n e t上的标准通信协议集。T C P/I P标 准 以“请求注释”(R F C)文档发布:T C P R F C 7 6 8 ,U D P R F C 7 9 3I P R F C 7 9 1 D N S R F C 1 0 34,1 0 35 ,F T P R F C 9 5 9,1 6 35 T C P/I P的应用层应用层协议为文件传输、电子邮件、远程登录、网络管
22、理、W e b浏览等应用提供了支持。第4章计算机局域网络1、局域网概述(1)I E E E 8 0 2简介及标准简介:遵 循IS O/OS I参考模型的原则,描述了网络体系结构中的最低两层-物理层和数据链路层(逻辑链路控制和介质访问控制)的功能与网络层的接口服务。标准:8 0 2.2 -逻辑链路控制8 0 2.3 -CS MA/CD(以太网)8 0 2.4 -T o k en Bu s (令牌总线)8 0 2.5 -T o k en R i n g(令牌环)8 0 2.6 -分布队列双总线DQ DB-MAN标准8 0 2.8 -F DDI(光纤分布数据接口)8 0 2.1 1 -WLAN(无线
23、局域网)(2)局域网的特点:较小的地域范围、高传输速率和低误码率、由单位或部门内部控制和使用、重点在共享信息的处理局域网的关键技术拓扑结构(星型、环形、总线型、树形);传输形式(基带和宽带传输);介质访问控制(CS MA/CD、CS MA/CA,T o k en p as s i n g)2、介质访问控制方法(1)CS MA/CD(带冲突检测的载波监听多路访问)(2)介质访问控制方法:用 于IEEE8 0 2.3以太网工作原理:发送前先监听信道是否空闲,若空闲则立即发送;如果信道忙,则继续监听,一旦空闲就立即发送;在发送过程中,仍需继续监听。若监听到冲突,则立即停止发送数据,然后发送冲突强化信
24、号(Jam);发 送Jam信号的目的是使所有的站点都能检测到冲突等待一段随机时间(称为退避)以后,再重新尝试。归结为四句话:发前先听,空闲即发送,边发边听,冲突时退避。3、传统以太网(1)全双工以太网收、发使用不同的物理信道不再使用CS MA/CD机制,因此传输距离不受时间槽的限制;但要受到信号衰减的影响全双工操作的条件:使用双绞线或光纤;链路两端的设备都必须支持全双工操作;支持全双工的设备包括全双工网卡、网络交换机。(2)以太网的产生和发展由Xe r o公司在2 0世纪70年代中期开发,传输速率为2.94 M/S ;1 980年,DEC、I n t e r、Xe r o三家公司公布以太网标准
25、;1 982年该标准被修改为DI X以太网2.0规范;I EEE80 2.3的正式协议标准在1 985年 发 布 称 为I EEE80 2.3 CS M A/CD方法和物理技术规范”以太网的物理层及其特性:格式:以M b/s为单位的数据速率X 信号方式 以百米为单位的最大段长度/介质类型如:1 0 0 BAS E-T X BAS E:基带 Br o a d:宽带MAC地址及类型:网络设备物理,地址长度为4 8b it (6B);类型:单 播 地 址(一对一)、广播地址、多播地址粗缆以太网:敢多使用4个中继器连接5个干线段;最大网络干线长度2 5 0 0 m;价格昂贵、不灵活、安装不方便,抗干扰
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