《计算机网络》必记知识点1.docx
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《计算机网络》必记知识点1
1:
计算机网络-------
将处于不同地理位置、独立存在的计算机通过通信设备和线路连接起来，利用功能完善的网络软件（协议、信息交换方式及网络操作系统等）实现
和的系统。
2:
计算机网络=+
3:
计算机网络的分类
–按网络数据的传输技术（和）
–按网络的规模（、、）
4:
为了减少协议设计的复杂性，大多数网络都按的方式来组织，每层向它的上一层提供一定的。
一台机器的第n层与另一台机器上的第n层进行对话，对话的规则就是。
不同机器对应层中的实体叫，每一层的功能都是通过之间按照协议进行通信而实现的。
5:
接口和服务
•：
每层中的活动元素（如进程或接口电路）。
•：
不同开放系统上同一层中的实体。
•：
某层上通信的规则。
•：
低层向相邻高层提供的通信能力。
•：
相邻层之间的边界。
•：
位于接口上的具体地点（地址）。
•：
服务中的底层实体。
6:
：
分为三个阶段，建立连接；使用连接；释放连接。
：
每个报文都独立寻址，独立路由。
7:
服务原语：
原语
含义
一个实体希望得到完成某些操作的服务
通知一个实体，有某个事件发生
一个实体希望响应一个事件
返回对先前请求的响应
8：
（1）参考模型服务协议的关系
（2）两种重要模型及其相关
-------OSI参考模型
•：
建立、维护和拆除物理链路所需的机械的、电气的、功能的和规程的特性，其作用是使原始的数据比特流能在物理媒体上传输。
•：
通过差错控制、流量控制等，将不可靠的物理链路改造成对网络层来说无差错的数据链路。
•：
负责分组从信源到信宿如何选择路由穿越通信子网。
•：
为上层用户提供独立于具体网络的高效经济透明的端-端数据传输服务。
•：
管理不同主机上各进程间的对话。
•：
为上下层之间提供对数据或信息的语法和语义的转换。
•：
为应用进程提供访问OSI环境的手段。
---------TCP/IP参考模型
●：
使主机把分组发往任何网络并使分组独立地传向目标
●：
使源端和目标端主机上的对等实体进行会话。
包含tcp（传输控制协议（可靠的面向连接的协议））和udp（用户数据报协议（不可靠无连接））两种协议
●：
实现用户通用应用服务的所有高层协议。
●：
没有具体规定，可以采用各种协议
------------知识点：
●TCP/IP的设计目标：
●OSI在同时支持无连接和面向连接的通信，但是
在上只支持面向通信的连接。
TCP/IP模型上
的只支持无连接通信，但是在上同时支持两种通信模式。
●传输层及以上通信的进程提供的是一种的与网络无关的服务。
●TCP/IP和OSI都以的概念为基础，并且
的相互独立。
●OSI三个核心、和。
它们各自的作用？
●物理层互联（中继器，转发）
数据链路层互联（网桥，转发）
网络层互联（路由器，转发）
高层互联（网关，转发高层PDU）
例题：
第二部分：
物理层
1：
信道带宽是指信道上所能传输的电信号的频率范围，单位为赫兹（Hz）。
信号的带宽是指信号的能量按频率分布最集中的区域，单位为赫兹（Hz）。
信号传输速率是指每秒钟传送的信号数量（码元数），单位为波特（Baud）。
也叫码元速率或波特率RB。
数据传输速率是指每秒钟传输的二进制位数，单位为比特/秒（bit/s=b/s=bps）。
又称位速率或比特率Rb。
2：
波特率RB与比特率Rb的关系：
其中V为数字传输系统中的码元状态数或离散级数，即V进制数。
例如：
RB=2400波特V=2Rb=bps;RB=波特V=16Rb=9600bps
3:
信道的最大数据传输速率
●奈奎斯特（H.Nyquist）证明，如果一个任意信号通过带宽为H的低通滤波器，每秒采样能完整地重现通过这个滤波器的信号。
更高的采样频率是无意义的，因为高频分量已被滤波器滤掉无法恢复了。
●奈奎斯特定理：
一个无噪音信道，若信号电平分为V级，则限定的最大数据传输率。
（H为带宽）对于一个3000Hz的无传输，最大速率不会超过2×3000Hz=6000bps。
若V=16，最大速率则可提高到24000bps。
噪音信道，若采用两电平信号
1第一部分通信基础是适用于以下各层的。
第二三部分才是物理层的内容。
对于物理层的协议由于现在的tcp/ip模型并没有明确规定内容，不同网络，不同主机使用的不同。
所以本章的重点在于通信基础的内容和部分物理协议（主要是端口模式）的了解。
2信道容量表示一个信道的最大数据传输速率，单位：
位/秒（bps）
信道容量与数据传输速率的区别是，前者表示信道的最大数据传输速率，是信道传输数据能力的极限，而后者是实际的数据传输速率。
像公路上的最大限速与汽车实际速度的关系一样。
●香农定理：
任何带宽为H（Hz），信噪比为S/N的信道，其最大数据传输速率为：
例：
一个典型参数的模拟电话系统，话音信道带宽为3400Hz，信噪比为30dB=10log10S/N，即S/N=103，则信道的最大数据传输速率为3400×log21001≈34000bps。
4：
调制解调部分编码大部分略。
（1）数据通信4种方式？
（2）调制技术：
振幅调制（AM）、频率调制（FM）、相位调制（PM）、正交振幅调制QAM、网格编码调制TCM。
（3）PCM脉冲编码调制三步骤：
。
5：
曼彻斯特编码：
6：
位同步：
法、法
7：
数据从信源经过一系列中间节点连续接力传递到信宿的过程叫交换
8：
交换技术：
、和
。
第一种采用虚电路服务，二和三采用数据报服务（三种具体意义看书）
1：
模拟信号传输模拟数据（传统电话系统）、模拟信号传输数字数据（调制解调）、数字信号传输数字数据（数字信号编码，收发端的信号同步）、数字信号传输模拟数据（脉冲编码调制PCM）。
9：
数据报和虚电路
10：
物理层协议
1）物理层协议：
为了建立、维持和拆除物理连接，规定了下面四种特性。
A.特性规定了物理连接中采用的连接器的几何尺寸、插针或插孔的数量及排列顺序、拴锁及安装方式等。
B.特性规定了在物理连接上物理信号的形式及量值、阻抗匹配、传输速率和距离的限制等。
C.特性规定了物理接口上的各条信号线的功能分配和确切定义。
D.特性定义了物理连接上信号的时序应答关系及工作过程。
2）两种作为例子的标准：
RS-232-C和CCITTX.21
11：
传输介质
A.有线介质：
双绞线、基带同轴电缆、宽带同轴电缆和光纤。
B.无线介质：
无线电、微波、红外线以及光波。
其中抗电磁干扰能力最强的是。
12：
FDM频分多路复用将信道的频带分割成若干个子信道（频段），每个子信道用来传输一路信号。
波分多路复用（WDM）就是使用在光纤信道上的FDM。
时分多路复用（TDM）是把信道的时间分成小的时间片，每一时间片由复用的一个信号占用，每一时刻只有一个信号占用信道。
13：
数据通信方式及串行通信的分类（单工、半双工、全双工）：
单工数据传输只支持数据在一个方向上传输；半双工数据传输允许数据在两个方向上传输，但是，在某一时刻，只允许数据在一个方向上传输，它实际上是一种切换方向的单工通信；全双工数据通信允许数据同时在两个方向上传输，因此，全双工通信是两个单工通信方式的结合，它要求发送设备和接收设备都有独立的接收和发送能力
例题：
1：
课本习题3
答：
采样频率12MHz，每次采样2bit，总的数据率为24Mbps。
2：
习题4
答：
信噪比为20dB即S/N=100.由于log2101≈6.658，由香农定理，该信道的信道容量为3log2（1+100）=19.98kbps。
又根据乃奎斯特定理，发送二进制信号的3kHz信道的最大数据传输速率为2*3log22=6kbps。
所以可以取得的最大数据传输速率为6kbps。
3：
习题5
答：
为发送T1信号，我们需要
所以，在50kHz线路上使用T1载波需要93dB的信噪比。
4：
第三部分：
数据链路层
体系结构：
（一）数据链路层的功能链路管理，帧定界，流量控制，差错控制，将数据和控制信息区分开，透明传输，寻址等主要功能。
（二）组帧
（三）差错控制检错编码和纠错编码的基本原理的算法解析
（四）流量控制与可靠传输机制.流量控制、可靠传输与滑轮窗口机制的基本原理和方法，重点解析单帧滑动窗口与停止-等待协议，.多帧滑动窗口与后退N帧协议（GBN），多帧滑动窗口与选择重传协议（SR）并进行实例化描述
续（第四章内容）
（五）介质访问控制.讲授信道划分，频分多路复用、时分多路复用、波分多路复用、码分多路复用的概念和基本原理。
重点随机访问介质访问控制.主要是ALOHA随机争用协议（纯ALOHA技术和时隙ALOHA技术），CSMA随机访问技术（先听后说），以及非坚持型算法，1-坚持型算法和p-坚持型算法。
CSMA/CD随机访问技术，主要是CSMA/CD─带有碰撞（冲突）检测的载波监听多路访问控制方法及其主要特点：
先听后说，边听边说（二进制指数避让算法）。
（六）广域网和局域网
A.局域网（要点是以太网）。
局域网的基本概念与体系结构，分析LAN特性的三个主要技术：
传输介质、拓扑结构、介质访问控制方法（MAC）其中MAC最重要。
以太网与IEEE802.3，包括总线网、以太网（Ethernet），以太网及其标准（10BASE、100BASE和1000BASE），以太网中继规则（5-4-3-2-1规则）。
B.广域网：
HDLC协议包括HDLC链路结构，HDLC的帧格式，零比特插入删除技术（位填充删除技术），HDLC的帧类型（信息帧（I帧）、监控帧（S帧）、无编号帧（U帧））。
1：
数据链路层的功能
●物理层只负责在通过传输介质相连的机器之间传输无结构的原始比特流，是不可靠的。
数据链路层将相邻节点间不可靠的物理连接的数据电路转换成为可靠的数据链路，为网络层提供透明的服务。
为实现转换：
将物理层的无结构原始比特流划分成一定长度的结构数据单元------帧，即。
对帧进行，实现检错/纠错功能。
通过合适
的协议保证收发双方的传输同步。
2：
将物理层的比特流划分成帧的4种方法：
、、和。
3：
两种基本的差错编码策略：
检错码、纠错码。
两个码字中对应比特位取值不同的位的个数称作海明距离。
如10001001和10110001的海明距离为3。
在一个编码集中，任意两个有效码字的海明距离的最小值称作该编码集的海明距离。
检错与纠错的能力取决于海明距离。
如果要检测出d个比特错误，则编码集的海明距离至少应为。
如果要纠正d个比特错误，则编码集的海明距离至少应为。
4：
海明码纠错（试卷上有大题）
S表示发送数据；R表示接受数据；C表示检查校验后发现位1和位8校验出错，则是位9=1+8数据位出错；F是对位9数据位求反纠正。
5：
CRC检错码（注意看试卷上的题）
6：
流控制（注意此种控制的设计所针对的问题）：
基于的流控制、基于的流控制。
7：
基本协议：
一种无限制的单工协议、停-等协议、有噪音信道的停-等协议、出错全部重发协议和选择重发协议。
8：
协议实例
数据链路层协议也称作链路控制规程，通常分为和两大类协议：
协议以字符为独立的传输单位，实现字符间的异步和字符内的同步传输。
简单，但效率低。
协议以许多字符（面向字符型协议）或比特（面向比特型协议）组成的数据块（帧）为传输单位，收发双方使用相同的时钟实现复杂的长数据块的同步传输。
速度快，效率高，但复杂且成本高。
9：
高级数据链路控制规程——HDLC
●四种工作模式：
–NRM：
一种非平衡数据链路操作方式，适用于面向终端的点-点或点-多点链路。
–ABM：
一种平衡的数据链路操作方式，通信双方都为复合站，具有相同的功能且相互作用。
–分别将上两种工作模式中的帧序号位从3位扩展到7位就构成了两种扩展的（extended）工作模式：
NRME和ABME。
●帧结构（其中包含帧类型）
下面为第四章内容
10：
局域网大多采用传输技术（共享信道）
11：
若有两个或多个站点同时发送数据，则信号在信道上就会发生或，导致数据发送的失败。
解决的办法是（MAC）。
由于网络中使用的传输介质及拓扑结构的不同，使得介质访问控制的策略也不相同，因此在局域网的数据链路层底部特别设置一个来专门负责信道分配的问题。
12：
信道分配策略可分为两大类：
–静态分配：
如传统的FDM和TDM，将频带或时间片固定地分配给各个站点。
适用于站点数量少且固定的场所，控制简单，效率高。
–动态分配：
异步时分多路复用。
分为两种：
●随机访问（争用）：
只要有数据，就可直接发送，发生冲突后再采取措施解决冲突。
适用于负载轻的网络，负载重时效率低。
●控制访问：
发送站点必须先获得发送的权利，再发送数据，不会发生冲突。
在负载重的网络中可获得很高的信道利用率。
主要有和两种方式。
13：
争用协议一：
ALOHA协议
Ø纯ALOHA协议：
时间是的，不需要时间同步。
Ø时隙ALOHA协议：
时间是的，需要时间同步。
14：
CSMA/CD协议
•CS协议的“”对ALOHA系统进行了有效的改进，但在发送过程中若发生冲突，仍要将剩余的无效数据发送完，既浪费了时间又浪费了带宽。
•CD协议的“”可对CSMA作进一步改进。
发送过程中，仍然监听信道，通过检测回复信号的能量或脉冲宽度并将之与发送的信号作比较，就可判断是否发生冲突。
一旦发生冲突，立即取消发送，等待一随机时间后再重新尝试发送。
15：
IEEE802标准主要涉及物理层和数据链路层及网络层的一部分，其中数据链路层被分为介质访问控制（MAC）子层和逻辑链路控制（LLC，LogicalLinkControl）子层。
16：
：
局域网可采用多种传输介质和拓扑结构，相应需要多种不同的介质访问控制方式。
：
完成通常意义下的数据链路层的功能，使网络的上层可完全独立于各种不同的物理底层。
：
由于局域网基本使用广播信道，各节点之间无需路有选择。
但当涉及多个局域网互连时，就必须设置一网际层来实现路由选择的问题，相当于网络层的一个子层。
17：
IEEE802标准系列
●IEEE802.1A：
●IEEE802.1B：
●IEEE802.2：
●IEEE802.3：
和物理层技术规范（以太网）
●IEEE802.4：
和物理层技术规范
●IEEE802.5：
和物理层技术规范
18：
IEEE802.3标准的协议
IEEE802.3标准采用1-坚持式CSMA/CD协议：
–当站点有数据发送时，先监听信道，若信道忙就重复监听直到信道空闲，一旦信道空闲就立即发送数据。
–在发送数据时仍继续监听信道，若发生冲突就终止数据发送（实际上会再发送4到6个字节的干扰串），以便加强冲突，使所有站点都能尽早发现冲突，退出数据发送，这叫作冲突强化措施，等待一随机时间后，再重新尝试发送。
●按历史的发展顺序依次为：
10Base5（粗缆以太网）、10Base2（细缆以太网）、10Base-T（双绞线以太网）、10Base-F（光纤以太网）。
●竞争时间片2τ的计算：
2τ=2*（总的DTE延迟+总的Repeater延迟+总的MAU延迟+传输延迟）。
二进制指数退避算法：
（知道算法）冲突发生后随机等待时间的产生遵循二进制指数退避算法（binaryexponentiationbackoffalgorithm），它可以将等待的时间动态地与试图发送的站点数相匹配，具体为：
–以竞争时隙（2τ）作为基本的等待时间单位，在i次冲突后，等待的时隙数为0到2i-1中的随机之一。
–达到10次冲突后，随机等待的最大时隙数就被固定在1023（210-1）。
–16次冲突后，宣布发送失败，进一步的恢复留待高层进行。
19：
令牌环工作原理：
站点通过环接口连到网上，数据在环上单方向流动。
环上存在一个称为令牌的特殊标记，令牌也象数据一样在环上单向传递，只有获得令牌的站点才有权利发送数据。
不会发送冲突。
各站点边收边发，所有站点都会收到数据，数据返回到发送站被取消。
20：
网桥的工作原理
网桥是在LLC子层上存储-转发数据帧的设备，当很多LAN互联时，涉及到路径选择问题。
IEEE设计了两种路径选择算法，实现这两种算法的网桥分别为
和网桥。
1.如果源LAN和目的LAN相同，则该帧。
2.如果源LAN和目的LAN不同，则该帧。
3.如果目的LAN未知，则进行。
第四部分：
网络层
（一）网络层的功能异构网络互联原则，路由与转发的区别和工作原理，拥塞控制的一半处理方式。
（二）路由算法静态路由与动态路由的划分原则，距离-向量路由算法，链路状态路由算法，层次路由路由选择算法及其分类，Dijstra算法（求最短路由），OSPF部分详细讲解，.D-V法和L-S法（距离矢量法和链路状态法），介绍计算路由的方法，并写出路由表、画出路由树。
（三）IPv4IPv4分组原则，是一种分等级的地址结构。
IPv4地址与NAT，地址转换的必要性和原理。
子网划分与子网掩码的基本思路和具体实践中的注意事项。
CIDR的概念和作用，即消除了传统的A类、B类和C类地址以及划分子网的概念，有效地分配IPv4的地址空间。
（四）网络互联半网关
1：
网络层——数据传输的最低层
●网络层提供的服务是否可靠与有无连接并没有关系。
理论上存在四种组合，但最重要的只是其中的两种组合
：
、。
●针对两种服务，网络层有两种不同的工作方式：
–。
当建立连接时，从信源到信宿的路由就作为连接建立的一部分加以保存，此路由用于传输连接上的所有数据，当释放连接时，虚电路也随之撤消。
–。
即使提供面向连接的服务也不预先选择路由，发出的每个分组所选择的路由独立于其前面发出的分组，后续的分组可以走不同的路由，比虚电路方式更健壮，更容易处理传送失败和拥塞。
2：
路由选择算法
路由选择是网络层的主要功能，负责为分组选择合适的转发路径。
三种算法：
A.：
最短通路路由选择算法
首先从起始点出发，找出距起始点最近的结点，然后以此结点为基础找出距起始点次近的结点，如此每次都找出比前一次次短的通路，直至某个通路到达给定的目的，这时所得到的通路就是源到目的的最短通路。
B.距离矢量路由算法
每个路由器维护一张（矢量）表，表中给出到每个目的节点已知的最佳距离和路径；每个路由器还不断测试到达相邻路由器的距离；相邻的路由器之间也不断地相互交换矢量信息；这样每个路由器将测试出的到达相邻路由器的距离加上相邻路由器给出的矢量信息，就可得知通过相邻路由器到达每个目的节点的距离，选择最佳路径更新表的信息。
C.链路状态路由选择
●链路状态路由选择（linkstaterouting）算法1979年出现在ARPAnet上，作为一种用来取代DVR的动态路由选择算法，之后得到了广泛的应用。
●基本思想：
通过各个节点之间的路由信息交换，每个节点都可获得关于全网的拓扑信息，即所有的节点、各节点间的链路连接和链路的代价（时延或费用等），可将这些拓扑信息抽象成一张带权无向图，然后利用最短通路路由选择算法计算出到各个目的节点的最短通路。
●链路状态路由选择算法的步骤
⏹找出所有可达的相邻节点及它们的网络地址；
⏹测定到这些相邻节点的代价；
⏹将以上信息构成链路状态分组（linkstatepacket）；
⏹向网上所有节点发送链路状态分组；
⏹利用收到的链路状态分组计算到各目的节点的最短通路。
3：
当大量分组进入通信子网，超出了网络的处理能力时，就会引起网络局部或整体性能下降，这种现象称为拥塞。
*拥塞控制与流量控制的差别？
4：
根据控制论，拥塞控制方法分为两类
–开环控制（拥塞预防）
–闭环控制（拥塞解决）
1：
拥塞控制需要确保通信子网能够承载用户提交的通信量，是一个全局性问题，涉及主机、路由器等很多因素；流量控制与点到点的通信量有关，主要解决快速发送方与慢速接收方的问题，是局部问题，一般都是基于反馈进行控制的。
拥塞控制算法
●拥塞预防策略
通信量整形和通信量管制
●通信量整形（trafficshaping）：
迫使分组按预定的速率进入网中，避免突发性的大通信量造成网络瞬间过载。
广泛用于面向连接的工作方式（如ATM）。
●通信量管制（trafficpolicing）：
网络对用户的通信量进行监视，对遵守约定的用户，保证其要求的服务；对违反协议的数据采取惩罚措施，如丢弃、降低优先级、不保证服务质量等。
●以上方法一般用于以虚电路方式工作的网络层，在建立虚电路的时候由双方协商而定。
在数据报子网上实现比较困难，但可应用于传输层的连接中。
漏桶（leakybucket）算法
●在主机和网络之间接入一个“漏桶”（固定长度的分组队列），无论主机以多大的速率发送分组，“漏桶”中的分组总是以恒定的速率注入网中。
若主机发送过快，当“漏桶”满了以后，多余的分组即被丢弃。
令牌桶（tokenbucket）算法
●令牌桶算法能较快地响应突发数据的到来，且不会丢失数据。
●令牌桶中每隔定长的时间产生出一个令牌（计数器），当桶装满后，随后产生的令牌就被丢弃。
分组在桶外的缓冲区中等待发送，桶中有多少令牌就允许发送多少个分组，每个令牌用后即销毁，当桶中没有令牌时必须停止发送。
●为了平滑大量突发数据的出现，可在令牌桶后面增加一个漏桶，使得漏桶的速率大于令牌桶但小于网络的峰值速率
拥塞的解决
⏹虚电路子网中采用许可控制（admissioncontrol）的三种策略：
◆一旦出现拥塞的信号，就不再创建任何虚电路，直至拥塞解除。
⏹允许建立新的虚电路，但要仔细选择路由，以便所有新的虚电路绕过拥塞的区域。
⏹在虚电路建立时，子网与主机对所需服务质量进行协商。
若不能满足主机最低要求，则拒绝建立连接；否则就保留连接所需的多种资源，避免拥塞发生。
抑制分组（chokepacket）：
–每个路由器监视本节点的资源利用情况，若某个方向的资源利用率超过一定的门限，则该路由器向有关源节点发送抑制分组，源节点相应减少发往该方向的数据量，直至该方向的拥塞解除。
为了公平合理地控制引起拥塞的源节点的行为，可采用加权公平队列
5：
网络互联设备
●根据其工作层次的不同，分别称为：
–：
在上再生放大物理信号。
–：
在上，采用存储-转发方式对进行传递。
–：
类似网桥，但工作，转发分组时要进行路由选择，对连接的不同网络还要进行不同协议的转换。
–：
用来建立两个网络间的传输连接。
–：
在应用层上进行协议转换。
●网关可从中间分成两部分，每个部分称为一个，每个网络都拥有和管理一个，之间用无源的导线相连，两个的接口处使
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