计算机网络技术与应用期末复习总结清华大学出版社docx.docx
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一、知识要点
1、第一章
资源子网的组成部分
完成数据处理任务的硬件、软件的集合称为资源子网。
由主机、主机上的各种外设以及主机上的资源和各种终端组成。
网络发展阶段
1.主机-远程终端互联
主要特征:
解决了主机与远程终端互连的问题，实现了远程用户共亨有一个主机资源的目标,
但是并没有在不同的主机之I'可共享资源。
2.主机-主机互连
主要特征：
主机与主机Z间实现了互联，终端用户可以共享不同主机上的资源，真正实现了
资源共享。
3.网络标准化
分层次设计网络一一网络体系结构
出现了SMA、DNA、OSI（七层模型）等
4.局域网的兴起
局域网一一将企业或学校内部的计算机互连成网，彼此共享资源。
微型机功能加强一分布式计算模式（与集中计算模式对等）
5.Internet吋代
Internet起源于ARPAnet,在Internet主干网上连接了各国家和地区的主干网，国家和地区的主干网又连接了企业、学校、政府的网络。
计算机网络的功能
1.通信
2.资源共亨
3.分布式处理
4.提高计算机的可靠性和可用性
网络按地域位置划分
按照网络的覆盖范围，可将网络分为局域网、广域网和城域网。
1.局域网：
将有限范围内的各种计算机、终端及外部设备连接成网络，彼此高效地共亨资源。
如共亨文件和打印机。
技术特点：
1）覆盖范围有限
2）结构简单、容易实现；
3）速度快；
4）私有性。
2.广域网覆盖的地理范围一般在几十公里以上，覆盖一个地区、一个国家或者更大范围。
（与局域网使用的网络技术不同）
3.城域网：
城域网是介于局域网和广域网Z间的网络，覆盖范I詞在儿十公里内，用于将一个城市、一个地区的企业、机关、学校的局域网连接起来，实现一个区域内的资源共亨。
网络拓扑结构（括号中是有n个节点，计算直连线个数）
1总线结构n
2环形结构n
3星形结构n-1
4树形结构n-1
5.网形结构n（n-l）/2
网络发展的热点问题，如物联网、云计算等
1.物联网定义：
通过射频识别（RF1D）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。
作用：
通过物联网，人们可以在世界任何一个地方即时获取万事万物的信息，并通过能力超级强大的屮心计算机群，对网络内的人员、机器、设备和基础设施实施实时的管理和控制。
补充：
操作系统1,UNIX（稳定性强,可靠性高）2.NETWARE（多任务、高性能）3.Windows
4.Linux（稳定可靠、功能完善）
2、第二章
网络体系结构
1.分层的概念：
将网络完成的任务分解成一个个小的子任务，然后针对每个子任务分别制定相应的协议，在网络术语屮将这样一种任务分解的方法叫分层。
2.我们把网络的这种分层结构，以及各层协议的集合称Z为网络体系结构。
网络协议
网络屮的各种设备存在很大差异。
要把这些有差异的设备连接在一个网络中，彼此要相互通信，而且要求接收方能够正确的理解发送方发送的信息的含义，因此就需要制定网络屮各种计算机和通信设备共同遵守的规则或约定，这种规则或约定就是网络协议。
网络协议作为一种规则一般要约定三个方面的内容，我们称Z为网络协议三要素，即语法、语义和时序。
1.语义。
指在数据传输中加入哪些控制信息。
2.语法。
指传输数据的格式
3.时序。
指数据传输的次序或步骤
OSI七层参考模型、TCP/IP四层模型结构的关系，各层的重要协议
由于1970s有多重网络体系结构导致不能互联，所以在这种背景下，国际标准化组织（ISO）于1977年成立一个专门的机构（SC16委员会），研究如何将网络标准统一起来，使不同体系结构的计算机网络Z间能够实现互联。
制定了开放系统互联参考模型，简称OSI参考模型。
•这里的开放系统的含义是：
如果你的的系统是符合OSI标准的，那么你的系统就是开放的，你的系统就可以与其他开放的系统实现互联。
•OSI只是一个概念性的框架，不是一个具体的标准，它只是描述了开放系统的层次结构，对各层功能做了精确的定义，但是它没有涉及各层协议实现的技术细节。
0S1参考模型将网络分成七个层次，如图2-3所示。
其中：
1低三层（1-3层）面向通信子网，主要解决通信问题，负责网络屮的数据传输，与通信设备有关。
2高三层（5-7层）面向资源子网，主要解决数据处理问题，负责使接收方理解发送方发送数据的含义，与通信设备无关。
3传输层（第四层）是通信子网与资源子网的接口层，保证数据正确送达。
4网络中的主机既要进行通信处理又要进行数据处理，需要有七层结构
对通信网和通信设备而言，由于他们的作用就是正确的传输信号，不需要对信号进行理解,所以，只需要有低三层（1-3层）结构就可以了。
1）第7层：
应用层。
通过用户应用程序接口为用户应用层序提供服务，使用户通过网络应用程序将对网络的请求送到网络屮来。
2）第6层：
表示层。
表示层为应用层提供服务，表示层保证一个系统应用层发出的信息能被另一个系统的应用层读出。
如果发送方和接收方数据表示格式不一致，表示层将使用一种通用的数据表示格式在多种数据表示格式Z间进行转换。
。
3）第5层：
会话层。
会话层为表示层提供服务，在传输连接的基础上具体实施通信双方应用程序的会话，包括会话建立、会话管理和终止的机制。
4）第4层：
传输层。
传输层为会话层提供可靠数据传输服务。
传输层对上层屏蔽数据传输的具体细节，为数据的传输提供可靠的服务。
为了提供可靠的服务，传输层提供建立、维护端到端的传输连接、端到端的传输差错校验和恢复以及信息流控制机制等机制。
5）第3层：
网络层。
网络层为传输层提供分组传输服务，保证报文分组能够从一个主机通过通信子网送达到另一个主机上。
网络层把传输层送来的数据流分割成一个个的分组，根据分组要送达的目的主机地址，通过路由选择算法为每个分组选择一个最佳路径，使分组能够沿着这条路径通过通信子网到达接收端的主机，并处理网络屮可能出现的拥塞（由于通信暈大而引起的网络拥堵、死锁等）问题。
6）第2层：
数据链路层。
数据链路层在物理层连接的基础上，为网络层提供通信子网小两个相邻的通信节点间的可靠的帧传输服务。
数据链路层要对传输的比特以帧为单位检查错误，如果出现错误，要求发送端重发。
另外数据链路层还要处理相邻节点间流量控制问题。
7）第1层：
物理层。
物理层为数据链路层提供比特传输服务，确保比特在通信子网中从一个节点传输到另一个节点上，物理层协议主要定义传输介质接口的电气的、机械的、过程的和功能的特性，包括接口的形状、传输信号电压的高低、数据传输速率、最大传输距离、引脚的功能、动作的次序
数据通信指标：
概念和计算（波特率、比特率等）
1.数据传输速率
R=l/T（bps）
R为数据传输速率，T为脉冲宽度（一个bit的持续时间）。
例如：
在信道上发送一个比特的时间是0.104ms,则传输速率为9600bpso
常用的数据传输速率单位有：
Kb/s、Mb/s、Gb/s与Tb/so
其中：
lKb/s=1X10b/s
IMb/s=1X10bb/s
lGb/s=1X109b/s
lTb/s二1X1012b/s
2.码元速率C
又称调制速率、信号传输速率、波特率、传码率等。
是指调制或信号变换过程中，每秒波形转换次数或每秒传输波形（信号）的个数。
它定义为：
C=l/t（baud）
C：
为码元速率，t为传输一个码元所需时间，单位为波特（baud）o
R：
数据传输速率；B：
信道带宽；S/N：
信号功率与噪声功率Z比，简称信噪比。
在实际应用中，信噪比可以测量，其单位为分贝（dB）,S/N与分贝的换算关系为：
ldB=101ogioS/N
所以在应用香农公式时，常常是根据测得的分贝数求出信噪比，再根据香农公式计算数据传输速率。
7.误码率
误码率用于衡量信道出错率，定义为：
Pe=Ne/N
K：
代表误码率；
Ne:
代表传输过程屮出现错误的比特数；
N：
代表传输总的比特数.
数据编码和调制技术（数字数据编码为数字信号、数字数据调制为模拟信号、模拟数据转换为数字信号、模拟数据转换为模拟信号）重点掌握：
数字数据数字信号编码方式（掌握NRZ、曼码和差分曼码3种）、模拟数据数字信号编码方式书P29-33,不详细拓展其他类型
1.非归零码NRZ
非归零码编码规则：
将计算机屮传来的数据用一个正电压表示1（或0）,用0电压表示0（或l）o
2.曼彻斯特（manchester）编码
曼彻斯特编码的规则：
表述1：
每比特的周期T的中间产生跳变，这个跳变即起同步作用，同时，又用跳变方向代表数据0或1
表述2：
将每比特的周期T分为前T/2与后T/2两部分，前T/2用该比特的反码，后T/2用该比特的原码。
3.差分曼彻斯特（differencemanchester）编码
每比特的周期T的屮间产生跳变，这个跳变仅起同步作用，每比特所代表的值根据其开始边界是否发生跳变来决定。
当要传输的比特是1时，在该比特到来的瞬间，编码后的波形不产生跳变；当要传输的比特是0时，在该比特到来的瞬间，编码后的波形产生跳变。
模拟数据数字信号编码方式：
1.采样定理，采样频率为f二1/T,若能满足f^2fmax,则能无失真地恢复原始的模拟信号。
2.PCM（pulsecodeModulation）也称为脉冲编码调制，是一种把模拟信号转换为进制数字信号的过程
采用PCM编码方案需要经过采样、量化、编码三个过程
采样：
每隔一定的时间对连续模拟信号采样，连续模拟信号就成为离散的信号。
根据采样定理，采样频率必须满足f$f込
量化：
是一个分级过程，把采样所得到的脉冲信号根据幅度做N等分，然后让每一个采样值都近似等于一个标称值
编码：
用一组二进制数组合来表示采样序列量化后的量化幅度。
如果有N个量化级，那么，就应当用（log2N）位二进制数来表示。
CRC校验码的计算规律和计算方法
步骤：
1首先把原始二进制序列看成一个多项式，如10011看成xt+x+1,其中系数只能是
0,1
2.然后定一个规则，即生成多项式，系数只能是0,1
3.使用原始数据对应的多项式，左移n为（n为生成多项式的最高阶数），除以生成多项式，
得到一个余数多项式，系数也是0,1
4.余数多项式的系数转换成一个二进制序列，即CRC校验码
例如,要发送的数据为101,选择得生成多项式为g（x）=X4+X3+X2+1,求CRC码
解：
（1）发送的数据为101；
（2）G（x）=X4+X3+X2+l,k二4,对应的二进制序列为11101；
（3）将101左移4位，得1010000；
（4）做模二除法；
111
11101/~1010011
11101
10011
11101
11101
11101
~■位冗余码0
（5）将左移四位的数据1010000与循坏冗余码0011相加后得：
1010011；即实际发送1010011。
假设接收端恰好收到的是1010011（没有错误），用同样的多项式对收到的数据进行摸二除法运算：
数据交换技术的分类；电路交换、报文交换、数据报交换、虚电路交换方式的特点
在远程同通信中，数据要经过通信子网屮的多个节点一站一站的传输才能送到接收端，我们
把这种通信方式称为交换
1•线路交换又叫做电路交换，交换数据之前，通信双方先建立物理连接，然后在约定的信道
特点：
（1）线路独占，因此线路的利用率较低；
（2）实时性好。
传输数据过程中中间节点不对数据做任何处理，具有较好的实时性；
（3）不能缓存数据，不能进行差错检验；
（4）适合大量数据传输、交互式会话类的通信。
2.报文交换主机A将发送的数据和源地址、目的地址以及其他控制信息组装成报文，然后发送到通信子网中的节点A。
特点:
（1）发送数据前不需要建立专线连接；
（2）不独占线路，多个用户的数据可以通过存储和排队共亨一条线路，线路利用率高；
（3）有差错检测功能，避免岀错数据无谓传输；
（4）有存储转发功能，可以对不同速率的线路进行转换；
（5）不能支持实时通信和交互式的通信。
3.分组交换所谓分组交换是在报文交换的基础上，将报文分成更小的单位——分组，然后以分组为单位进行传输.
分组的好处：
1分组交换更利于检错纠错
2分组很小，对中间节点缓冲区要求也很低
A.数据报交换方式
（1）不需要建立专线连接，线路利用率高；
（2）每个分组独立携带源地址和冃的地址信息；
（3）每个分组可以经过不同的路径通过通信子网，到达的顺序可能不同于发送的顺序，可能出现分组丢失、重复现象；
（4）数据延迟较大，适合于突发性通信，不适合会话式的通信；
B.虚电路交换方式
（1）在传输数据之前需要建立一个逻辑连接，这个连接不独占；
（2）数据分组不需要携带地址信息；
（3）所有分组沿一条虚电路传输，不会出现乱序、重复、分组丢失等现象；
（4）分组经过虚电路上的节点时，只做差错检验，不需要再选择路径；
（5）通信子网屮每个节点都可以与任何节点建立建立多条虚电路。
多路复用技术的分类、概念书P42
概念：
为了提高线路利率，可以考虑让多个数据源合用一条传输线路，这样的技术叫多路复用技术。
从电信的角度看，多路复用技术就是把多路用户信息用单一的传输设备在单一的传输线路上进行传输的技术。
分类：
•频分多路复用（FDM）就是将传输介质的带宽，划分成若干较窄的频带，每一个窄频带构成一个子信道，各子信道的屮心频率不相重合，子信道Z间留有一定宽度的隔离频带，每个子信道传输一路信号。
•时分多路复用（TDM）时分多路复用（TDM）是一种分时占用信道的方法，在传输时把时间先分成周期，在每个周期屮再分成小的时间片，每一时间片由复用的一个信号占用，每个瞬间都只有一个信号占用信道。
时间分复用分为两种复用方式：
同步时分复用和统计时分复用。
•波分多路复用（WDM）在同一根光纤中同时让两个或两个以上不同波长的光信号通过不同光信道各自传输信息由于波长不同，所以各路光信号互不干扰，最后再用解复用器将不同波长的光信号分解出来
•码分多路复用（CDM）所有用户可在同一时间使用同样的频带进行通信，每个用户分配一个地址码，各个用户的信号用各自不同的地址码序列来区分。
3、第三章
传输介质分类（有线传输方式、无线传输方式）、特点
同轴电缆双绞线光纤无线传输介质
同轴电缆特点：
•连接距离：
粗缆可达2500m（单段最远50（）米），细缆的最大传输距离可达925m（单段最远185米）
•安装维护：
粗缆安装时不需要切断电缆，需耍单独安装收发器和收发器电缆，难度大，造价髙；细缆安装则比较简单、造价低，由于安装过程中要切断电缆，当接头多时容易产生接触不良的隐患
•抗干扰能力：
有较强的抗干扰能力
•拓扑结构：
用粗缆和细缆连接的网络都是总线拓扑结构
双绞线特点：
（常用5类线）有E1A/TIA568A和B两个标准
（1）传输距离一般不超过100米，传输速度随双线类型而异；
（2）价格低，重塑轻，易弯曲，安装维护容易；
（3）可以将串扰减至最小或加以消除，屏蔽双绞线抗外界干扰能力强；
（4）具有阻燃性；
（5）适用于结构化综合布线。
光纤特点：
（1）信道带宽大，传输速度快，可达1000Mbps以上；
（2）传输距离远，就单段光纤的传输距离而言，单模光纤可达儿十公里，多模光纤可达儿公里；
（3）抗干扰能力强，传输质量高。
由于光纤屮传输光信号，所以不受外部电磁场干扰;
（4）信号串扰小，保密性好；
（5）光纤尺寸小、重量轻，便于敷设和运输；
（6）光纤的材料是制作塑料和玻璃的材料，材料来源丰富，环境保护好；
（7）无辐射，难于窃听；
（8）光缆适应性强，寿命长。
直通线、交叉线的连接方式和使用场合
直连线是指双绞线两端接线线序一致，用于连接不同类型的设备（如网卡与交换机，交换机与路rti器）
交叉线是指双绞线两端分别使用不同的接线标准，一端用T568A,另一端用T568B,用于连接相同类型的设备（如两个集线器或两个交换机Z间）
无线传输包扌舌：
无线电波，微波，卫星微波和红外线
物理层、数据链路层、网络层的网络设备有哪些，特点怎样，差别在哪里（差别自己归纳下!
）
1.物理层：
集线器，中继器，调制解调器
集线器是将网络中的站点连接在一起的网络设备。
有信号再生和放大作用。
•集线器不能够识别源地址和目的地址，没有地址过滤功能
•采用广播方式，即从一个端口接收数据，向除入口之外的所有端口广播。
•多站点共享总线，共处于一个冲突域中
•任意时刻只能有一个站点发送数据，其他站点只能接收
•总线带宽被多个站点均分。
屮继器：
是一种延伸网络覆盖范围的设备，其主要作用是将接收的信号再生或放大，再传输出去。
特点：
屮继器不能无限的延伸网络，各个网络对于屮继器数目有各自限制（如以太网上线为4个）可分为直接放大式和信号再生式。
调制解调器是一个通过电话拨号接入Internet的必备的硬件设备。
计算机内部使用的是数字信号，电话线路传输的信号是模拟信号。
调制解调器的作用就是将数字信号转换成模拟信号，或相反。
调制：
数转模，解调：
模转数
2.数据链路层：
网卡，网桥，二层交换机
网卡：
又叫网络接口卡或网络适配器
作用：
1通过网卡，可以将计算机与传输介质的连接
2网R提供OSI参考模型的物理层和数据链路层服务功能，使计算机具有通信功能，实现低层通信协议。
3网卡还给计算机带来了一个地址，使计算机在网络中有唯一标识
功能：
连接计算机与网络；进行串行/并行转换；实现网络协议；差错检验；数据缓存；编码解码；发送接收
每个网卡都有个独一无二的地址，叫做物理地址，也叫做MAC地址，由48位二进制数组成，实际表示时用十二位十六进制数来来表示。
前24位为企业标识，后24位是企业给网卡的编号。
网桥：
是一个将网络互连起来的设备，它可以在数据链路层上连接两个局域网，使Z相互通信网桥可以识别帧和物理地址，有地址过滤功能，如果源地址和目的地址属于同一个网络,网桥就丢弃数据帧，不会向其他网络转发，如果源地址与冃的地址不属于同一个网络，网桥就会转发数据帧。
作用：
隔离局域网间的冲突。
提高网络性能。
提高网络的安全性。
扩展网络覆盖范围。
工作原理：
1.建立桥接表由此转发数据
2.根据桥接表数据
（1）如果源地址和目的地址对应的端口是同一端口，网桥会丢弃数据帧。
（2）如果源地址和目的地址对应的端口号不同，网桥就唯一的向目的地址对应的端口转发数据帧。
（3）如果读取的目的地址在桥接表中没有相对应的记录，网桥将向除接收端口外的所有端口广播数据帧。
二层交换机：
局域网交换机用于连接终端设备，如计算机及网络打卬机等，使其组成网络;局域网交换机也可以连接两个或两个以上的局域网，组成更大的网络。
工作原理和特点：
二层交换机和网桥一样可以识别物理地址，但是其转发延迟比网桥小，其端口数量比网桥要多，可以将二层交换机看成是一个多端口的网桥。
交换机与集线器的区别：
与集线器相比较，交换机内部有多条背板总线，一个百兆交换机，它的侮一个端口带宽都是
百兆，假如有一个8端口100Mbps的以太网交换机，如果每个端口都同时工作，那么它的总带宽就是8X100Mbps=800Mbpso交换机支持并行通信，8个端口可以同时进行4对通信，互不干扰
比较图:
设备\比较内/\
集线器
二层交换机
网桥
工作层次
物理层
数据链路层
同交换机
地址识别能
力
无
识别物理地址
同交换机
转发数据的
方式
总是广播
以点对点为主，偶尔广播
同交换机
是否能隔离
冲突
否
是
是
端口数量
多
多
少
组建局域网
可以
可以
不适合
3.网络层：
路由器：
是网络互连设备，是互联网的主要节点设备，是不同网络之I'可相互连接的枢纽作用：
连接多个网络，在网络之间传输报文分组；网络互连环境中为报文分组选择最佳路径。
三层交换机：
第三层交换机本质上是用硬件实现的一种高速路由器。
实现了网桥的功能，同时提高了网桥的性能。
特点&作用：
笫三层交换机设计的目标主要是快速转发分组，它提供的功能比路由器少。
这种用硬件实现分组交换技术为笫三层交换机提供了非常快的分组处理速度，但这也意味着笫三层交换机不如路由器灵活、容易控制和安全。
适于那些不需要路由器额外功能的网络应用。
动态路由算法动态路由选择算法也称为自适应路由选择算法，其特点是能较好地适应网络状态的变化，但实现起来较为复杂，开销也比较大。
1.路由算法屮考虑的因素
（1）跳数，跳数越少的路径越好。
（2）带宽，越大越好。
（3）延时，延时越短越好。
（4）负载，越小越好。
（5）可靠性。
可靠性是指传输过程屮的误码率，越小越好。
（6）开销。
开销一般是指传输过程中的花费，越小越好。
动态路由选择算法也称为自适应路由选择算法，其特点是能较好地适应网络状态的变化，但实现起来较为复杂，开销也比较大。
R1的路由表图3・27网络互连示意图
目的网络
下一站地址
本路由器出口
跳数
A
直接交付
A2
0
B
直接交付
B1
0
£?
B2
B1
1
4、第四章
TCP/IP层次结构的划分、各层的作用
分为四个层次：
应用，传输，互联，和网络接口层。
1）网络接口层
主要任务是在一个网络内部的不同节点之间发送和接收数据帧。
在这个层次上TCP/IP没有定义任何协议，而是利用了其他网络的低层协议。
2）互连层
互连层的主要任务是：
通路由选择将IP分组从源主机送到n的主机，包扌舌5个协议。
3）传输层
负责在两个通信的主机Z间建立端到端的进程间的通信。
提供两种类型的服务，一种是面向
连接的可靠的服务（TCP）,—种是面向无连接的不可靠的服务（UDP）。
4）应用层
提供了丰富的应用层协议，为用户访问网络提供接口。
互联层主要协议
1.IP协议:
IP协议的主要作用是：
尽力而为的将IP分组从发送端主机通过互联网环境送达接收端主机。
2.ARP协议：
将IP地址转换为物理地址
3.RARP协议:
RARP是反向地址转换协议。
当物理地址已知，但IP地址不知道时，则使用RARP解析。
4.Internet控制信息协议：
向源主机报告差错
5.多播协议（IGMP）：
帮助多播路由器识别加入到一个多播组的成员主机，并将组成员信息转发给其他多播路由器。
传输层主要协议
1.TCP协议:
TCP协议是面向连接的协议，发送数据Z前通信双方要建立连接，通信结束要拆除连接；
TCP协议通过确认和超时重传机制保证数据传输可靠，若收到止确的帧，就给发送方发送“确认信息”，若发送方在规定的时间内没有收到“确认”信息就重发数据；
TCP还提供流暈控制功能。
（工作过程在书p86）
2.I'DP协议：
向应用层提供面向无连接无确认的服务
物
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