计算机网络复习资料1229.docx

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计算机网络复习资料1229

1.计算机网络向用户提供的最重要的功能：

连通性、资源共享

2.制订因特网正式标准的四个阶段：

1因特网草案（InternetDraft）——在这个阶段还不是RFC文档。

（有效期：

6个月）

2建议标准（ProposedStandard）——从这个阶段开始就成为RFC文档。

3草案标准（DraftStandard）

4因特网标准（InternetStandard）

3.网络边缘的端系统中程序之间的通信方式划分为两大类

•客户服务器方式（C/S方式）

即Client/Server方式

•对等方式（P2P方式）

即Peer-to-Peer方式

4.在因特网网络核心部分起特殊作用的是路由器（router）。

Ø路由器是实现分组交换（packetswitching）的关键构件；（与电路交换不同）

Ø路由器的任务是转发收到的分组，这是网络核心部分最重要的功能。

5.路由器处理分组的过程是：

Ø把收到的分组先放入缓存（暂时存储）；

Ø查找转发表，找出到某个目的地址应从哪个端口转发；

Ø把分组送到适当的端口转发出去。

•在路由器中的输入和输出端口之间没有直接连线。

6.主机和路由器的作用不同：

•主机是为用户进行信息处理的，并向网络发送分组，从网络接收分组。

•路由器对分组进行存储转发，最后把分组交付目的主机。

7.分组交换带来的问题：

•分组在各结点存储转发时需要排队，会造成一定的时延。

•分组必须携带的首部（里面有必不可少的控制信息），造成一定的开销。

8.电路交换、报文交换、分组交换的比较：

9.计算机网络的性能指标

•比特（bit）：

计算机中数据量的单位。

ØBit来源于binarydigit，意思是一个“二进制数字”，一个比特就是二进制数字中的一个1或0。

•速率，即数据率（datarate）或比特率（bitrate），是计算机网络中最重要的一个性能指标。

速率的单位是b/s（bps），或kb/s,Mb/s,Gb/s等

Ø速率往往是指额定速率或标称速率。

Ø通常，人们用不严格术语：

100M以太网，指100Mb/s

•“带宽”（bandwidth）原意：

信号所包含的各种不同频率成份所占据的频率范围。

单位：

Hz（赫或千赫KHz、兆赫MHz、吉赫GHz等）。

•计算机网络“带宽”：

单位时间内从网络中的某一点到另一点数字信道所能传送的“最高数据率”。

单位：

“比特每秒”，或b/s（bit/s）。

•吞吐量（throughput）：

表示在单位时间内通过某个网络（或信道、接口）的数据量。

Ø吞吐量更经常地用于对现实世界中的网络的一种测量，以便知道实际上到底有多少数据量能够通过网络。

Ø吞吐量受网络的带宽或网络的额定速率的限制。

Ø时延=发送时延+传播时延+处理时延+排队时延

Ø发送时延（又称传输时延）（transmissiondelay）：

主机或路由器发送数据时，数据块从结点进入到传输媒体所需要的时间。

Ø即：

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。

10.例：

数据块长度：

100MB，信道带宽：

1Mb/s，传输媒介是长度为1000km的光纤，传播速率是200000km/s

则，发送时延=100*2^20*8b/（1*10^6b/s）=838.9s

传播时延=1000km/（200000km/s）=5ms

例：

数据块长度：

1B，信道带宽：

1Mb/s，传输媒介是长度为1000km的光纤，传播速率是200000km/s

则，发送时延=1*8b/（1*10^6b/s）=8us

传播时延=1000km/（200000km/s）=5ms

说明：

缩短传输距离或提高信道带宽并不一定能减少时延。

例：

传输媒介是长度为1000km的光纤，传播速率是200000km/s，带宽为10Mb/s

则，传播时延=1000km/（200000km/s）=5ms

时延带宽积=传播时延*10*10^6b/s=50000b

说明：

即若发送方连续发送数据，则在发送的第一个bit到达终点时，发送端已发送50000个bits。

11.根据排队论的理论，当某信道的利用率增大时，该信道引起的时延也就迅速增加。

12.“分层”可将庞大而复杂的问题，转化为若干较小的局部问题----------这些较小的局部问题就比较易于研究和处理。

分层的好处

•各层之间是独立的。

•灵活性好。

•结构上可分割开。

•易于实现和维护。

•能促进标准化工作。

•

•若层数太少，就会使每一层的协议太复杂。

•层数太多又会在描述和综合各层功能的系统工程任务时遇到较多的困难。

13.网络协议的组成要素：

1语法数据与控制信息的结构或格式。

2语义需要发出何种控制信息，完成何种动作以及做出何种响应。

3同步事件实现顺序的详细说明。

14.TCP/IP是四层的体系结构：

应用层、运输层、网际层和网络接口层

1.物理层的主要任务：

屏蔽硬件设备和传输媒体的差异，确定与传输媒体的接口有关的特性，

•机械特性指明接口所用接线器的形状和尺寸、引线数目和排列、固定和锁定装置等。

•电气特性指明在接口电缆的各条线上出现的电压的范围。

•功能特性指明某条线上出现的某一电平的电压表示何种意义。

•过程特性指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序。

2.数据通信系统的模型：

码元（code）——在使用时间域（时域）的波形表示数字信号时，代表不同离散数值的基本波形。

3.信道（channel）：

向某一方向传送信息的媒体。

一条通信电路通常包含一条发送信道和一条接收信道。

•单向通信（单工通信）——只能有一个方向的通信而没有反方向的交互。

•双向交替通信（半双工通信）——通信的双方都可以发送信息，但不能双方同时发送（当然也就不能同时接收）。

•双向同时通信（全双工通信）——通信的双方可以同时发送和接收信息。

4.基带信号往往包含有较多的低频成分，甚至有直流成分，而许多信道并不能传输这种低频分量或直流分量（DC信号只适合短距离低速传播）。

为了解决这一问题，就必须对基带信号进行调制。

调制方法：

1基带调制：

仅对基带信号的波形进行变换，使它能够与信道特性相适应。

2带通调制：

使用载波（carrier）进行调制，将基带信号的频率范围搬移到较高的频段传输。

5.最基本的二元制（带通）调制方法有以下几种：

Ø调幅（AM）：

载波的振幅随基带数字信号而变化。

Ø调频（FM）：

载波的频率随基带数字信号而变化。

Ø调相（PM）：

载波的初始相位随基带数字信号而变化。

6.信道能够通过的频率范围：

•1924年，奈奎斯特（Nyquist）推导出著名的奈氏准则：

给出了在假定的理想条件下，为避免码间串扰，码元的传输速率的上限值。

✓在任何信道中，码元传输的速率是有上限的，否则就会出现码间串扰的问题，使接收端对码元的判决（即识别）成为不可能。

✓信道的频带越宽，能够通过的信号高频分量越多，那么就可以用更高的速率传送码元而不出现码间串扰。

7.信噪比：

•香农（Shannon）用信息论的理论推导出带宽受限且有高斯白噪声干扰的信道的极限、无差错的信息传输速率。

•信道的极限信息传输速率C可表达为

C=Wlog2（1+S/N）b/s

–W为信道的带宽（以Hz为单位）；

–S为信道内所传信号的平均功率；

–N为信道内部的高斯噪声功率。

C=Wlog2（1+S/N）b/s

•信道的带宽或信道中的信噪比越大，则信息的极限传输速率就越高。

•只要信息传输速率低于信道的极限信息传输速率，就一定可以找到某种办法来实现无差错的传输。

•若信道带宽W或信噪比S/N没有上限（实际信道不可能这样），则信道的极限信息传输速率C也就没有上限。

•实际信道能够达到的信息传输速率要比香农的极限传输速率低不少。

•对于频带宽度已确定的信道，如果信噪比不能再提高了，并且码元传输速率也达到了上限值，那么还有办法提高信息的传输速率：

用编码的方法让每一个码元携带更多比特的信息量。

8.信道复用技术：

•频分复用：

所有用户在同样的时间占用不同的带宽资源（注意：

这里的“带宽”是频率带宽，而不是数据的发送速率）。

•时分复用：

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（slot）。

Ø每个用户所占用的时隙周期性出现（其周期就是TDM帧的长度）。

ØTDM信号也称为等时（isochronous）信号。

•即：

时分复用的所有用户是在不同的时间占用同样的频带宽度。

使用时分复用系统传送计算机数据时，由于计算机数据的突发性质，用户对分配到的子信道的利用率一般是不高的。

•统计时分复用STDM：

Slot数少于用户数，slot动态分配给用户；集中器按顺序扫描用户输入的数据，将缓存中数据依次放入STDM帧中slot，当一帧放满，再发送

•波分复用WDM：

光的频分复用

9.码分复用CDMA

Ø各用户使用经过特殊挑选的不同码型，可以在同时使用同样的频带通信，彼此不会造成干扰。

（相当于大家使用不同的暗语，同时喊话，收听者只会收听自己能听懂的暗语）

Ø这种系统发送的信号有很强的抗干扰能力，其频谱类似于白噪声，不易被敌人发现。

•每一个比特时间划分为m个短的间隔，称为码片（chip）。

（m=8,64,0r128）

•每个CDMA站被指派一个唯一的mbit码片序列（chipsequence）。

–如发送比特1，则发送自己的mbit码片序列。

–如发送比特0，则发送该码片序列的二进制反码。

例：

S站的8bit码片序列是00011011。

–发送比特1时，就发送序列00011011，

–发送比特0时，就发送序列11100100。

•将0写为-1，1写为+1，则S站的码片序列：

（–1–1–1+1+1–1+1+1）

•每个站分配的码片序列：

1必须各不相同

2必须互相正交（orthogonal）

3必须与反码正交

4模为1

10.宽带接入技术

•xDSL技术：

就是用数字技术对现有的模拟电话用户线进行改造，使它能够承载宽带业务。

–虽然标准模拟电话信号的频带被限制在300~3400kHz的范围内，但用户线本身实际可通过的信号频率超过1MHz。

–xDSL技术把0~4kHz低端频谱留给传统电话使用，把原来没有被利用的高端频谱留给用户上网使用。

•DSL：

数字用户线（DigitalSubscriberLine）的缩写。

•DSL的前缀x：

表示在数字用户线上实现的不同宽带方案。

•ADSL的极限传输距离与数据率以及用户线的线径有很大的关系（用户线越细，信号传输时的衰减就越大），所能得到的最高数据传输速率与实际的用户线上的信噪比密切相关。

–例：

0.5毫米线径的用户线，传输速率为1.5~2.0Mb/s时可传送5.5公里，当传输速率提高到6.1Mb/s时，传输距离就缩短为3.7公里。

–如果把用户线的线径减小到0.4毫米，在6.1Mb/s的传输速率下只能传送2.7公里

•ADSL的上行和下行带宽是不对称的：

Ø上行指从用户到ISP，下行指从ISP到用户。

ØADSL在用户线（铜线）的两端各安装一个ADSL调制解调器（又称为接入端单元ATU（AccessTerminationUnit））。

•ATU-C（C代表端局CentralOffice）

•ATU-R（R代表远端Remote）

●ADSL调制解调器实现方案：

我国目前采用“离散多音调”DMT（DiscreteMulti-Tone）调制技术。

“多音调”：

指“多载波”或“多子信道”。

第3章

1.数据链路层使用的信道主要有两种类型：

•点对点信道：

使用一对一的点对点通信方式。

（PPP）

•广播信道：

使用一对多的广播通信方式，过程比较复杂

2.链路（link）：

一条无源的点到点的物理线路段，中间没有任何其他的交换结点。

Ø一条链路只是一条通路的一个组成部分。

3.数据链路层传送的数据块单位是：

帧

4.数据链路层协议必须解决三个基本问题：

（1）封装成帧

（2）透明传输

（3）差错控制

5.循环冗余检验的原理：

循环冗余检验CRC和帧检验序列FCS并不等同。

ØCRC是一种常用的检错方法，而FCS是添加在数据后面的冗余码。

ØFCS可以用CRC这种方法得出，但CRC并非用来获得FCS的唯一方法。

•仅用循环冗余检验CRC差错检测技术，只能做到无差错接受（accept）。

Ø“无差错接受”：

“凡是接受的帧（即不包括丢弃的帧），都能以非常接近于1的概率认为这些帧在传输过程中没有产生差错”。

Ø也就是说：

“凡是接收端数据链路层接受的帧都没有传输差错”（有差错的帧就丢弃而不接受）。

•因此，若要做到“可靠传输”（即发送什么就收到什么）必须再加上确认和重传机制：

6.现在全世界使用得最多的数据链路层协议是点对点协议PPP（Point-to-PointProtocol）。

PPP协议有三个组成部分

1一个将IP数据报封装到串行链路的方法。

2链路控制协议LCP（LinkControlProtocol）。

3一套网络控制协议NCP（NetworkControlProtocol）：

每个协议支持不同的网络层协议（如IP,DECnet等）

PPP是面向字节的，所有的PPP帧的长度都是整数字节。

•PPP协议不使用序号和确认机制，原因：

–在数据链路层出现差错的概率不大时，使用比较简单的PPP协议较为合理。

–在因特网环境下，PPP的信息字段放入的数据是IP数据报。

数据链路层的可靠传输并不能够保证网络层的传输也是可靠的。

–帧检验序列FCS字段可保证无差错接受。

7.PPP协议透明传输问题：

•当PPP用在同步传输链路时，协议规定采用硬件来完成比特填充（和HDLC的做法一样）。

•当PPP用在异步传输时，使用一种特殊的字符填充法。

8.为了使数据链路层能更好地适应多种局域网标准，802委员会将局域网的数据链路层拆成两个子层：

Ø逻辑链路控制LLC（LogicalLinkControl）子层：

Ø媒体接入控制MAC（MediumAccessControl）子层

Ø现实：

由于TCP/IP体系经常使用的局域网是DIXEthernetV2而不是802.3标准中的几种局域网，因此现在802委员会制定的逻辑链路控制子层LLC（即802.2标准）的作用已经不大。

9.适配器的重要功能：

Ø进行串行/并行转换。

Ø对数据进行缓存。

Ø在计算机的操作系统安装设备驱动程序。

Ø实现以太网协议。

10.为了通信的简便，以太网采取了两种重要的措施

1采用较为灵活的无连接的工作方式：

Ø不必先建立连接就可以直接发送数据。

Ø对发送的数据帧不进行编号，也不要求对方发回确认，

◆理由：

局域网信道的质量很好，因信道质量产生差错的概率是很小。

出现差错帧直接丢弃，其它什么也不做。

◆因此，以太网提供的服务是不可靠的交付，即最大努力的交付。

2使用曼彻斯特（Manchester）编码发送的数据。

11.以太网提供的服务：

不可靠的交付，即尽最大努力的交付。

Ø当目的站收到有差错的数据帧时就丢弃此帧，其他什么也不做。

差错的纠正由高层来决定。

Ø如果高层发现丢失了一些数据而进行重传，但以太网并不知道这是一个重传的帧，而是当作一个新的数据帧来发送。

12．以太网采用载波监听多点接入/碰撞检测CSMA/CD技术：

•多点接入：

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：

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，如果有，则暂时不要发送数据，以免发生碰撞。

•在发生碰撞时，总线上传输的信号产生了严重的失真，无法从中恢复出有用的信息来。

解决方法：

Ø每一个正在发送数据的站，一旦发现总线上出现了碰撞，立即停止发送；

Ø等待一段随机时间后再次发送。

Ø当发送数据的站一旦发现发生了碰撞时：

Ø立即停止发送数据；

Ø再继续发送32/48比特的人为干扰信号（jammingsignal），以便让所有用户都知道现在已经发生了碰撞。

主机总是在检测到总线为空闲时，才发送信号，为什么还会出现碰撞？

•使用CSMA/CD协议的以太网不能进行全双工通信而只能进行双向交替通信（半双工通信）。

•每个站在发送数据之后的一小段时间内，存在着遭遇碰撞的可能性。

•这种发送的不确定性使整个以太网的平均通信量远小于以太网的最高数据率。

13.争用期

•最先发送数据帧的站，在发送数据帧后至多经过时间2（两倍的端到端往返时延）就可知道发送的数据帧是否遭受了碰撞。

Ø以太网的端到端往返时延2称为争用期，或碰撞窗口。

Ø经过争用期这段时间还没有检测到碰撞，才能肯定这次发送不会发生碰撞。

出现碰撞的具体解决方案：

截断二进制指数退避算法

14.截断二进制指数退避算法：

•发生碰撞的站在停止发送数据后，推迟（退避）一个随机时间才能再发送数据：

Ø确定基本退避时间，一般是取为争用期2。

Ø定义重传次数k，k10，即

k=Min[重传次数,10]

Ø从整数集合[0,1,…,（2k1）]中随机地取出一个数，记为r。

重传所需的时延就是r倍的基本退避时间。

Ø当重传达16次仍不能成功时即丢弃该帧，并向高层报告。

15．最短有效帧长：

以太网规定：

最短有效帧长为64字节，凡长度小于64字节的帧都是由于冲突而异常中止的无效帧。

•以太网规定：

帧间最小间隔为9.6s，相当于发送96bit：

Ø目的：

使得收到数据帧的站的接收缓存来得及清理，做好接收下一帧的准备。

16.集线器使用电子器件模拟实际电缆线的工作，整个系统仍然像一个传统的以太网那样运行。

•因此，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。

•集线器像一个多接口的转发器，工作在物理层，它的每个接口仅简单地转发比特，不进行碰撞监测。

17.在局域网中，硬件地址又称为物理地址，或MAC地址。

Ø802标准所说的“地址”，严格地讲应当是每一个站的“名字”或标识符：

48位。

•IEEE的注册管理机构RA负责向厂家分配地址字段的前三个字节（即高位24位）。

•地址字段中的后三个字节（即低位24位）由厂家自行指派，称为扩展标识符，必须保证生产出的适配器没有重复地址。

18.MAC帧的格式：

最常用的MAC帧是以太网V2的格式

●类型字段：

用来标志上一层使用的是什么协议，以便把收到的MAC帧的数据上交给上一层的这个协议。

●数据字段：

正式名称是MAC客户数据字段：

●最小长度64字节18字节的首部和尾部=数据字段的最小长度

●当数据字段的长度小于46字节时，应在数据字段的后面加入整数字节的填充字段，以保证以太网的MAC帧长不小于64字节。

19.无效的MAC帧

•数据字段的长度与长度字段的值不一致；

•帧的长度不是整数个字节；

•用收到的帧检验序列FCS查出有差错；

•数据字段的长度不在46~1500字节之间。

•有效的MAC帧长度为64~1518字节之间。

•对于检查出的无效MAC帧就简单地丢弃。

以太网不负责重传丢弃的帧。

20.有多种方式扩展局域网，如：

•在物理层扩展局域网：

主机使用光纤和一对光纤调制解调器连接到集线器

•在数据链路层扩展局域网：

使用网桥

Ø网桥工作在数据链路层：

根据MAC帧的目的地址对收到的帧进行转发。

21.网桥带来的缺点

•存储转发增加了时延。

•在MAC子层并没有流量控制功能。

当流量较大时，会出现帧丢失现象。

•具有不同MAC子层的网段桥接在一起时时延更大。

•网桥只适合于用户数不太多（不超过几百个）和通信量不太大的局域网，否则会因传播过多的广播信息而产生网络拥塞。

22.网桥按照以下自学习算法处理收到的帧和建立转发表：

1若从A发出的帧从接口x进入了某网桥，那么从这个接口出发沿相反方向一定可把一个帧传送到A。

2网桥每收到一个帧：

记下其源地址和进入网桥的接口，作为转发表中的一个项目：

Ø建立转发表时，把帧首部中的源地址写在“地址”这一栏的下面。

3在转发帧时，则是根据收到的帧首部中的目的地址来转发的。

这时就把在“地址”栏下面已经记下的源地址当作目的地址，而把记下的进入接口当作转发接口。

第4章

1.网络层提供两种服务：

•面向连接的通信方式：

虚电路（VirtualCircuit），以保证双方通信所需的一切网络资源。

•虚电路表示这只是一条逻辑上的连接，分组都沿着这条逻辑连接按照存储转发方式传送，而并不是真正建立了一条物理连接。

•网络层向上只提供简单灵活的、无连接的、尽最大努力交付的数据报服务。

•网络在发送分组时不需要先建立连接。

每一个分组（即IP数据报）独立发送，与其前后的分组无关（不进行编号）。

•网络层不提供服务质量的承诺。

即所传送的分组可能出错、丢失、重复和失序（不按序到达终点），不保证分组传送的时限。

2.IP地址的编址方法：

经历三个历史阶段：

1分类的IP地址。

这是最基本的编址方法，在1981年就通过了相应的标准协议。

IP地址:

:

={<网络号>,<主机号>}

路由器仅根据目的主机所连接的网络号来转发分组（而不考虑目的主机号），这样就可以使路由表中的项目数大幅度减少，从而减小了路由表所占的存储空间。

Ø当一个主机同时连接到两个网络上时，该主机就必须同时具有两个相应的IP地址，其网络号net-id必须是不同的。

这种主机称为多归属主机（multihomedhost）。

Ø由于一个路由器至少应当连接到两个网络（这样它才能将IP数据报从一个网络转发到另一个网络），因此一个路由器至少应当有两个不同的IP地址。

2子网的划分。

是对最基本的编址方法的改进，其标准[RFC950]在1985年通过。

3构成超网。

是比较新的无分类编址方法。

1993年提出后很快就得到推广应用。

3.ARP

•不管网络层使用的是什么协议，在实际网络的链路上传送数据帧时，最终还是必须使用硬件地址：

1每一个主机都设有一个ARP高速缓存（ARPcache），里面有所在