电子091计算机网络复习资料.docx
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电子091计算机网络复习资料
第一章计算机网络概述
（1）、基本概念（名词解释）
1、计算机网络：
计算机网络就是把分布在不同地理区域的计算机及专门的外部设备利用通信线路互联而成的一个规模大、功能强的网络系统，网络系统中众多的计算机可以方便地互相传递信息，共享信息资源。
2、计算机网络的组成：
按组成元素分：
网络节点，通信链路
按网络分：
资源子网，通信子网（P2）
3、计算机网络的分类：
A）按服务范围分类：
广域网（WAN），也称为远程网，其服务范围通常为几十到几千公里。
WAN的目的是让分布较远的各局域网互联，所以它在结构上又分为终端系统（两端的用户集合）和通信系统（中间链路）两部分。
局域网（LAN），是将小区域的各种通信设备互联在一起所形成的计算机网络，覆盖范围一般局限在房间、大楼或园区内。
特点，距离短、延迟小、传输速率高、传输可靠。
城域网（MAN），地理范围比局域网大，可以跨越几个街区，甚至整个城市，有时又称为都市网。
对MAN而言，光纤是最好的传输媒介。
B）按交换方式分类：
电路交换的数据通信网、分组交换网（X.25网）、帧中继网、异步传送模式等。
4、WAN的交换模式：
A）电路交换模式，基于电话网络交换的原理，当用户要求发送数据时，交换机就在主叫用户和被叫用户之间联通一条物理数据传输通路。
优点，时延小、传输“透明”、信息传输吞吐量大。
缺点，所占宽带固定、计算机网络资源利用率低。
B）分组交换模式，是一种存储转发的交换方式，是需要将传输的信息划分为一定长度或可变长度的分组（包），以分组为单位进行存储转发的。
优点，带宽可复用，计算机网络资源利用率高。
缺点，实时性不好。
5、拓扑结构的分类
星型网络示意图
环型构
总线型结构
树型结构
混合型结构（全连通）
网状型结构（部分联通）
6、主要性能指标
速率：
数据率或比特率，单位是bps、Kbps、Mbps、Gbps等。
带宽：
信号具有的频带宽度，单位Hz
吞吐量：
表示在单位时间内通过某个网络（或信道、接口）的数据量。
时延：
总时延=发送时延+传输时延+处理时延+排队时延
发送时延=数据块长度（bit）/信道带宽（bps）
传播时延=信道长度（m）/信号在信道上的传播速率（m/s）
信道利用率：
指某信道有百分之几的时间是被利用的（有数据通过）。
信道利用率并非越高越好。
7、分解（分层）：
将整个系统划分为若干易于实现和控制的子模块，并通过各个子模块的功能、交换的数据结构和时序进行约定，协调模块之间的动作，保证系统设计的合理性和互操作性。
8、OSI的5层结构：
（由下到上）
物理层:
设计在通信信道上传输的原始比特流，实现传输数据所需的机械、电气、功能特性及过程等。
主要网络设备为中继器、集线器等。
数据链路层：
主要任务是提供对物理层的控制，检测并纠正可能出现的错误，使之对网络层显现一条无错线路，并进行流量调控。
主要设备为以太网交换机。
网络层：
检查网络拓扑，以决定传输报文的最佳路由，其关键问题是确定数据包从源端到目的端如何选择路由。
网络层通过路由选择协议来计算路由。
主要设备有路由器、三层交换机等。
传输层：
功能是从应用层接收数据，并且在必要的时候把他分成较小的单元传递给网络层，并确保到达对方的各段信息正确无误。
传输层建立、维护虚电路、进行差错校验和流量控制。
应用层：
是OSI模型最靠近用户的一层，为应用程序提供网络服务。
识别并验证目的通信方的可用性，使协同工作的应用程序之间同步。
9、应用层中的几个术语:
协议数据单元PDU（ProtocolDataUnit）是指对等层次之间传递的数据单位。
协议数据单元（ProtocolDataUnit）物理层的PDU是数据位（bit），数据链路层的PDU是数据帧（frame），网络层的PDU是数据包（packet），传输层的PDU是数据段（segment），其他更高层次的PDU是数据（data）。
对等层（PeerLayers）是指在计算机网络协议层次中，将数据（即数据单元加上控制信息）直接（逻辑上）传递给对方的任何两个同样的层次。
封装：
指网络节点通过将要传输的数据用特定的协议头打包或在数据尾部加上报文来传输数据。
保证数据能够正确无误的达到目的地，被中断主机理解、执行。
10、OSI模型及其他协议栈提供的服务可以分为两种方式
A）面向连接的服务：
面向连接的服务就是通信双方在通信时,要事先建立一条通信线路,其过程有建立连接、使用连接和释放连接三个过程。
而在使用完服务之后，用户应该释放连接，当被叫用户拒绝连接时，宣告连接失败。
TCP协议就是一种面向连接服务的协议,电话系统是一个面向连接的模式。
面向连接服务和电话系统的工作模式相类似。
其特点是：
数据传输过程前必须经过建立连接、维护连接和释放连接的3个过程；在数据传输过程中，各分组不需要携带目的节点的地址。
面向连接服务的传输连接类似于一个通信管道，发送者在一端放入数据，接受者从另一端取出数据。
面向连接数据传输的收发数据顺序不变，因此传输的可靠性好，但需通信开始前的链接开销，协议复杂，通信效率不高。
B）无连接的服务：
两实体之间的通信不需要先建立好一个连接，因此其下层的有关资源不需要事先进行预订保留，这些资源是在数据传输时动态进行分配的。
无连接服务的优点是通信比较迅速,使用灵活方便,连接开销小;但可靠性低,不能防止报文的丢失,重复或失序.适合于传送少量零星的报文。
11、TCP/IP体系结构
TCP/IP体系结构将网络划分为应用层、传输层、互联层、和网络接口层4层。
（各层功能同上5层体系结构）
说明：
1）OSI按照老师要求，省去会话层和表示层
2）二者不同在于，TCP/IP没有物理层和链路层，增加了网络接口层。
因为传输网络都是单独发展的，不同分布范围的网络需要不同的联网技术，因此，不存在适用于所有传输网络的物理层和链路层标准。
定义网络接口层是为了实现网络层协议和各种传输网络技术之间的相互作用。
12、看懂这两个图P31
五层协议的体系结构
沙漏计时器形状的TCP/IP协议族（由上到下：
应用层、传输层、网际层、网络接口层）
第二章物理层
2.1数据通信系统的组成
数据通信系统是通过数据电路将分布在远地的数据终端设备与计算机系统连接起来，实现数据传输、交换、存储和处理的系统。
比较典型的数据通信系统主要由数据终端设备（DTE）、数据电路、计算机系统三部分组成。
DTE：
属于用户范畴，从计算机和计算机通信系统的观点来看，终端是输入/输出的工具，从数据通信网络的观点来看，计算机和终端都称为数据终端设备，简称终端。
DCE：
数据电路终结设备。
即为连接DTE与数据通信网络的设备，该设备为用户设备提供入网的连接点。
DCE的功能就是完成数据信号的变换。
数据电路和数据链路
数据电路：
是指在线路或信道上家信号变换设备之后形成的二进制比特流通路，由传输信道及其两端的数据电路终接设备组成。
数据链路：
是在数据电路已建立的基础上，通过源端和目的端之间交换“握手”信号，使双方确认后方可开始传输数据的两个或两个以上的目的端装置与互联线路的组合体。
加了通信控制器以后的数据电路称为数据链路，数据链路包括物理了链路和实现链路协议的硬件和软件。
只有建立了数据链路之后，双方DTE才可能真正有效地进行数据传输。
特别注意，在数据通通信网络中，数据电路仅仅操作于相邻的两个节点之间，因此从一个DTE到另一个DTE之间的连接可以操作多段数据链路。
2.1.4传输方式（P35）
数据传输方式按信息传输的方向与时间可以分为单工、半双工、全双工三种。
单工数据传输是指两个数据站之间只能沿一个指定的方向进行数据传输的方式.适用于数据收集系统如气象数据的收集，电话费的集中计算等。
半双工数据传输是指两个数据站之间可以在两个方向上进行数据传输，但不能同时进行的方式。
问讯、检索、科学计算等数据通信系统运用半双工数据传输。
全双工数据传输时指在两个数据站之间，可以两个方向同时进行数据传输的方式。
全双工数据传输方式效率高，但组成系统的造价高，适用于高速数据通信系统。
通常四线线路实现全双工数据传输，二线线路实现单工或半双工数据传输，在采用频分法、时间压缩法、回波抵消计数时，二线线路也可实现全双工数据传输。
2.3物理层的基本概念（P38）
物理层的主要任务是确定与传输介质的接口相关的一些特性，具体如下：
（1）机械特性：
是指实体间硬件接口的特性，它主要因素有接口的形状、大小、接口引脚的个数、功能、规格、分步，相应通信介质的参数和特性。
（2）电气特性：
是指在接口电缆的各条线上出现的电压的范围，主要处理信号产生、传输速率、信号失真、编码等方面的问题。
（3）功能特性：
是指某条线上出现的某一电平的电压表示何种意义。
功能特性主要反映接口电路的功能，即物理接口个条信号线的用途，其标准主要由CCITT规定。
功能特性标注主要包括结构线功能规定方法（每条接口线有一个或多个功能，两种规定）、接口线功能分类（数据、控制、定时和接地）。
（4）规程特性：
是指不同功能的各种可能事件的出现顺序。
规程特性反映，利用接口进行传输位流的全过程及事件发生的可能顺序，涉及信号传输方式。
几种常见的物理层标准有ELARS-232C接口标准，EIARS-449接口标准，CCITT的DTE-DCE接口标准。
2.4物理层的传输介质，分类及基本特点（P39）
物理层的传输介质分为导向传输介质和非导向传输介质两大类，导向传输介质将信号约束在一个物理导体之内，如双绞线、同轴电缆和光纤等；非导向传输介质则不能将信号约束在某个空间范围之内。
双绞线：
目前使用最广，价格相对便宜的一种传输介质，是由两条相互绝缘的铜导线组成的。
同轴电缆：
是另一种常用的传输介质，同轴电缆中的材料是共轴的，外导体是一个由金属丝编织而后曾的圆形空管，内导体是圆形的金属芯线。
同轴电缆有两种：
一种阻抗为50Ω的基带同轴电缆，另一种是阻抗为75Ω的宽带同轴电缆。
基带同轴电缆主要用于传输数字信号，可以作为计算机局域网的传输介质。
宽带同轴电缆用于传输模拟信号。
同轴电缆的低频串音及抗干扰不如双绞线电缆，但当频率升高时，外导体的屏蔽作用加强，同轴电缆所受的外界干扰及同轴电缆的串音都将随频率的升高二减小，因而特别适合于高频传输。
一般情况下，同轴电缆的上限工作频率为300MHZ，有些质量高的同轴电缆其工作频率可达900MHZ，因此同轴电缆具有很宽的工作频率范围。
当同轴电缆被用于传输数据时，其数据传输速率可达每秒几百兆位。
由于同轴电缆具有寿命长、频带宽、质量稳定、外界干扰小，可靠性高。
维护便利、技术成熟等优点，而且其费用又介于双绞线与光线之间，在光线通信没有大量应用之前，同轴电缆在闭路电视传输系统中一直占主导地位。
光纤（P44）
光纤通信有如下显著特点：
1，线径细，质量轻
2.损耗极低
3.传输的频带宽，信息容量大
4.不受电磁干扰、防腐
5.不怕高温，防爆、防火性能强
6.光纤通信保密性好
地面微波接力通信——微波通信
卫星通信——微波通信
第三章数据链路层
本章关键词：
控制规程点对点（ppp）协议以太网帧格式物理层CSMA/CD算法自学习算法交换机网桥（源）目的地址MAC地址
v
数据链路控制规程分类面向字符型
面向比特型
定义
优缺点
适用对象
面向字符型
又称基本型床数控制规程，在这类规程中，用字符编码集中的几个特定字符来控制链路操作，监视链路工作状态
缺点：
它与所用的字符集有密切的关系，使用不同字符集的两个站之间，很难使用该规程进行通信
中低速异步，同步传输，通过电话网的数据通信
面向比特型
采用特定的二进制序列01111110作为帧的开始和结束，以一定的比特组合所表示的命令和响应实现链路的监控功能，命令和响应可以和信息一起传输
优点：
可实现无编码限制的、高可靠的、高效率的透明传输
高数同步半双工和全双工数据通信
1）PPP组成
2）PPP帧格式
IP数据报
0x7E0xEF0x030x7E
F
A
C
协议
信息
FCS
F
字节1112不超过1500个字节21
PPP帧格式和HDLC帧格式相似，但：
PPP帧格式：
面向字符的，地址A,C固定不变，标志段F为0x7E，所有的PPP帧字长都是整数个字节
HDLC帧格式：
面向比特的,PPP比HDLC多了2个字节的协议字段，因此后面的信息字段类型不同
v以太网部分
以太网工作原理
以太网物理层
1、接口类型：
双绞线接口、光纤接口、早期的同轴电缆
2、电口：
采用RJ45接口
3、光口：
目前采用的是GBIC和SFP两种可热插拨的光模块，还可分为多模和单模，多模传输距离为275-550m，波长为850nm，单模传输距离从2km甚至达到100km以上，波长为1310nm和1550nm。
以太网的帧格式
两种主要类型：
RFC894定义的EthernetII和IEEE802.3定义的以太网
IP数据报
最常使用的封装格式是RFC894定义的格式，其包含了5个域：
MAC地址（DA），源地址（SA），类型，净荷，帧校验序列（FCS）.
目的MAC地址
源MAC地址
类型
数据
FCS
字节66246-1500个字节4
MAC帧
EthernetII的帧结构
DA：
其标识了目的地站点，可为单播地址或组播地址
SA：
其标识了发送帧的站，常为单播地址，即第一位是0
类型域：
标识了在以太网上运行的客户端协议
数据域：
封装了通过以太网传输的高层协议信息，由于CSMA/CD算法的限制，以太网帧必须不能小于某个最小长度
FCS：
是从A开始到数据域结束这部分的校验和
以太网的MAC地址
MAC地址表达形式为XX-XX-XX-XX-XX-XXMAC的三种类型
单播MAC
地址
这种类型地址唯一标识了以太网上的一个终端，为全球唯一硬件地址
广播MAC
地址
全1的MAC地址为广播地址，用来代表LAN上的所有终端设
格式为（FF-FF-FF-FF-FF-FF）
组播MAC
地址
除广播地址外，第8位为1的MAC地址，用来代表LAN上的一组终端，格式为
（XXXXXXX1-XXXXXXX1-XXXXXXX1-XXXXXXX1-XXXXXXX1-XXXXXXX1）
不同帧的不同处理方式
对于主机而言
如果收到一个单播帧，通常直接将该帧的母的MAC与自身的MAC与自身的MAC地址进行比较，若相同，则有网络层处理，否则丢弃；
如果收到的一个广播帧，则直接由网络层处理；
如果收到一个组播帧，则判断本主机是否已经加入该组播，如加入，则由网络层处理，否则丢弃。
CSMA/CD算法
vCDMA/CD的访问是竞争式的，只对半双工有意义
CDMA/CD的发送过程
1 传输前侦听：
各工作站不断地监视电缆段上的载波
2 如果电缆忙则等待：
为了避免冲突，如果工作站侦听到电缆忙则必须等待
3 传输并检测冲突：
当介质被清后9.6us，工作站可以传输，帧向电缆系统的两个方向传输
4 如果冲突发生，重传前等待：
如果工作站在冲突后立即重传，则它第二次传输也将产生冲突
5 重传或夭折：
若工作站是在繁忙的电缆段上，几遍数据包没有在电缆段上与其他产生冲突，也可能不能进行传输
CDMA/CD的接收数据过程
1、浏览收到的数据报，并且校验是否成为碎片。
电缆上所有的工作站将浏览电缆上传输的每个包，而接收站检查数据包来保证它有适合的长度
2、检验目标地址。
检验包的目标地址，看它是否要在本地工作站处理
3、如果目标是本地工作站，则校验包的完整性，由于包的格式不正确仍然可被接收，所以要确认包是否具有正确的格式，站需检验包的几个特性：
长度
1 如果帧的长度大于1518个字节，则认为此帧可能是由错误的LAN驱动程序所引起的超长帧
2 如果报在传输过程中，包的1个或多个“1”变成了“0”或由“0”变成了“1”，则认为此包畸变
3 如果包没有超长将进行循环冗余校验（CRC）,如果CRC出错，则可核实帧定界是否正确
错误定界的包不是以8为边界
所有的包都含有固定的字节个数，并且在被定义的字节数后必须结束，没有以字节边界结束的包对准校验将失败
如果CRC没有通过，但以8为边界结束，则认为CRC错误
（四）、处理数据包：
如果已通过了所有的校验，则认为帧格式正确，长度合法；如果工作站仍有通信问题，则必须进一步通过查看包来寻找问题。
v以太网交换
网桥
是扩展局域网的方法，其工作在数据链路层，根据MAC帧的目的地址对收到的帧进行转发，其具有过滤帧的作用，但要通过检查帧的目的地址才能确定该帧转发到那个端口
网桥转发表中登记三个信息
1）站地址：
登记收到的帧的源MAC地址
2）端口：
登记收到的帧进入该网桥的端口号
3）时间：
登记收到的帧进入该网桥的时间
转发表中的MAC地址是根据源MAC地址写入的，但在进行转发时是将此MAC地址作为目的地址。
如果网桥现在能够从端口X收到从源地址A发来的帧，那么以后就可以从端口X将帧转发到目的地址A。
自学习算法
网桥收到一帧后先进行自学习
✓查找转发表中与收到的帧的源地址有无相匹配的项目；如果没有，就在转发表中增加一个项目；如果有，则把原有的项目进行更新
✓查找转发表中与收到的帧的目的地址有无相匹配的项目；如果没有，则通过所有其他端口进行转发；如果有，则按转发表中给出的端口进行转发；如果转发表中给出的断空就是该帧进入网桥的端口，则应丢弃这个帧
v以太网交换机工作原理
以太网交换机的两层转发涉及两个关键的线程：
地址学习线程和报文转发线程
地址学习线程
1、以太网交换机接收网段上的所有数据帧，利用接受帧中的源MAC地址来建立MAC地址表
2、端口移动机制：
以太网交换机如果发现一个报文的入端口和报文中源MAC地址的所在端口不同，就产生端口移动，将MAC地址重新学习到新的端口
3、地址老化机制：
如果以太网交换机在很长一段时间之内没有收到某台主机发出的报文，该主机对应的MAC地址就会被删除，等下次报文来的时候会重新学习注意，老化也是根据源MAC地址进行老化的
报文转发线程
1、以太网交换机在MAC地址表中查找帧中德目的MAC地址，如果找到，就将该帧发送到相应的端口，如果找不到，就向所有的端口发送
2、如果以太网交换机收到的报文中源MAC地址和目的MAC地址所在的端口相同，则丢弃该报文
3、以太网交换机向入端口以外的其他所有的端口转发广播报文
以太网交换机的优点
1、不需要改变网络其他硬件，仅需以太交换机替代共享式集线器，节省了用户网络升级费用
2、其可在高速与低速网络间转化，实现不同网络协同，同时提供多个通道，比传统的共享式集线器提供更宽的带宽
3、在同一时刻进行多端口对之间的数据传输，成本比路由器低，比路由器宽带宽，速度高
练习训练
选择题
1下列不是数据链路层功能的是：
（C）
A．组帧B．差错控制C．路由D．流量控制
2交换机是工作在（A）的网络连接设备，它起源于原理的集线器，
但在功能上却远远超出了集线器。
A．数据链路层B网络层C传输层D应用层
3在以太网中,MAC帧中的源地址域的内容是（A）。
A发送站点的物理地址B目地站点的物理地址
C源SAP地址D目的SAP地址
4下面关于CSMA/CD网络的叙述哪个是正确的?
（D）
A任何一个节点的通信数据要通过整个网络，并且每—个节点都接收并
检验该数据
B如果源节点知道目的地的IP和MAC地址的话，信号是直接送往目
的地
C—个节点的数据发往最近的路由器，路由器将数据直接发到目的地
D信号都是以广播方式发送的
设CRC校验的生成多项式G（x）=x6+x2+1，则校验码的长度为B位。
（A）5（B）6
（C）7（D）8
5下列传输介质中采用RJ-45接口作为连接器件的是A。
（A）双绞线（B）光纤
（C）红外（D）同轴电缆
6对于CSMA/CD而言，为了确保发送端在传输时能检测到可能存在的冲突，数据帧的传输时延至少要等于B，其中t为发送端发送到接收端的传输时间。
（A）t（B）2t
（C）3t（D）4t
7某一数据通信系统采用CRC校验方式，如果生成多项式G（x）的二进制比特序列为11001，目的结点接收到二进制比特序列为110111110（含CRC校验码），则下列说法中正确的是C。
（A）收到的二进制比特序列110111110能被11001整除，传输过程没有差错
（B）发送端发送的数据比特110110000除以11001的余数不等于1110，传输出现差错
（C）收到的二进制比特序列110111110除以11001的余数等于101，传输出现差错
（D）收到的二进制比特序列110111110除以11001的余数等于10101，传输出现差错
填空题
1计算机网络中的三种信道连接方式分别为____点到点连接________、共享信道、__信道复用____________。
2在OSI参考模型中，传输以帧为单位的数据，通过差错控制方法，使有差错的物理线路变成无差错的是数据链路层。
3MAC地址的长度是6字节。
4CSMA/CD的发送流程可以概括为4点：
先听后发、边听边发、冲突停止和延迟重发。
简答题
1、网桥的工作原理和特点是什么？
答：
（1）网桥的基本工作原理
数据链路层互联的设备是网桥（bridge）,在网络互联中它起到数据接收、
地址过滤与数据转发的作用，用来实现多个网络系统之间的数据交换。
（2）网桥的基本特征
1.网桥在数据链路层上实现局域网互连；
2.网桥能够互连两个采用不同数据链路层协议、不同传输介质与不同传
输速率的网络；
3.网桥以接收、存储、地址过滤与转发的方式实现互连的网络之间的通
信；
4.网桥需要互连的网络在数据链路层以上采用相同的协议；
5.网桥可以分隔两个网络之间的广播通信量，有利于改善互连网络的性
能与安全性。
2、CSMA/CD工作原理：
在Ethernet中，传送信息是以“包”为单位的，简称信包。
在总线上如果某个工作站有信包要发送，它在向总线上发送信包之前，先检测一下总线是“忙”还是“空闲”，如果检测的结果是“忙”，则发送站会随机延迟一段时间，再次去检测总线，若这时检测总线是“空闲”，这时就可以发送信包了。
而且在信包的发送过程中，发送站还要检测其发到总线上的信包是否与其它站点的信包产生了冲突，当发送站一旦检测到产生冲突，它就立即放弃本次发送，并向总线上发出一串干扰串（发出干扰串的目的是让那些可能参与碰撞但尚未感知到冲突的结点，能够明显的感知，也就相当于增强冲突信号），
总线上的各站点收到此干扰串后，则放弃发送，并且所有发生冲突的结点都将按一种退避算法等待一段随机的时间，然后重新竞争发送。
从以上叙述可以看出，CSMA/CD的工作原理可用四个字来表示：
“边听边说”，即一边发送数据，一边检测是否产生冲突。
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