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三级网络技术笔记

第一章计算机基础知识

1.1计算机系统的组成

一、计算机的四特点：

1．有信息处理的特性2．有程序控制的特性3．有灵活选择的特性4．有正确应用的特性二、计算机发展经历5个重要阶段：

1．大型机阶段2．小型机阶段3．微型机阶段4．客户机/服务器阶段5．互联网阶段。

三、分类

计算机现实分类：

服务器，工作站，台式机，笔记本（功能已和台式机接近），手持设备。

计算机传统分类：

大型机，小型机，PC机，工作站，巨型机。

四、计算机指标：

1．位数。

奔腾32位，安腾64位。

8位是一个字节，16位是一个字，32位是一个双字长，64位是两个双字长。

2．速度。

MIPS是表示单字长定点指令的平均执行速度，MFLOPS是考察单字长浮点指令的平均执行速度。

3．容量。

Byte用B表示。

1KB=1024B。

4．带宽。

Bps用b。

5．版本。

越高越好。

6．可靠性。

平均无故障时间MTBF和平均故障修复时间MTTR来表示。

五、计算机应用领域：

1．科学计算2．事务处理3．过程控制4．辅助工程5．人工智能6．网络应用7．多媒体应用

1．2计算机的组成

1．一个完整的计算机系统由软件和硬件两部分组成。

2．硬件具有原子的特性，成本低速度快；软件具有比特的特性，成本高速度慢。

二者在功能上具有等价性。

3．计算机硬件组成四个层次：

①芯片②板卡③设备④网络

4．奔腾芯片的技术特点：

⑴超标量技术。

通过内置多条流水线来同时执行多个处理，其实质是用空间换取时间。

⑵超流水线技术。

通过细化流水，提高主频，使得机器在一个周期内完成一个甚至多个操作，其实质是用时间换取空间。

经典奔腾采用每条流水线分为四级流水：

指令预取，译码，执行和写回结果。

⑶分支预测。

动态的预测程序分支的转移情况。

⑷双CACHE哈佛结构：

指令与数据分开。

⑸固化常用指令。

⑹增强的64位数据总线。

内部总线是32位，外部总线增为64位。

⑺采用PCI标准的局部总线。

⑻错误检测即功能用于校验技术。

⑼内建能源效率技术。

⑽支持多重处理。

5．安腾芯片的技术特点：

64位处理机,简明并行指令计算EPIC。

奔腾系列为32位,精简指令技术RISC。

286.386复杂指令系统CISC。

6．主板由五部分组成：

CPU,存储器,总线,插槽以及电源。

主版的分类：

按芯片分：

带x的按存储容量分：

带m的

按主版规格分：

带T的按总线带宽分：

HZ单位按插座分：

Socket、Slot槽

7．网卡主要功能：

①实现与主机总线的通讯连接，解释并执行主机的控制命令。

②实现数据链路层的功能。

③实现物理层的功能。

1．3计算机软件的组成

1．基本概念：

由程序、数据和相关文档构成。

2．软件开发过程（三个阶段）：

前期→计划阶段：

问题定义、可行性研究

中期→开发阶段：

需求分析、总体设计、详细设计——前期

编码、测试——后期

后期→运行阶段：

软件维护

3．应用软件的种类：

①桌面应用软件②演示出版软件③浏览工具软件④管理效率软件⑤通信协作软件⑥系统维护软件

1．4多媒体

1．基本概念：

有声有色的信息处理与利用技术。

2．多媒体技术分为偏软件技术和偏硬件技术。

3．多媒体硬件系统的基本组成有：

①CD-ROM②具有A/D和D/A转换功能③具有高清晰的彩色显示器④具有数据压缩和解压缩的硬件支持

4．多媒体的关键技术：

①数据压缩和解压缩技术。

JPEG：

实用与连续色调，多级灰度，彩色或单色静止图象。

MPEG：

考虑音频和视频同步。

②芯片和插卡技术。

③多媒体操作系统技术。

④多媒体数据管理技术。

⑤超文本就是收集、储存和浏览离散信息以及建立和表现信息之间关系的技术。

当信息不限于文本时，称为超媒体。

组成：

1结点。

2链

6．超媒体系统的组成：

①编辑器。

编辑器可以帮助用户建立，修改信息网络中的结点和链。

②导航工具。

一是数据库那样基于条件的查询，一是交互样式沿链走向的查询。

③超媒体语言。

超媒体语言能以一种程序设计方法描述超媒体网络的构造，结点和其他各种属性。

第二章网络的基本概念

2．1计算机网络的形成与发展

计算机网络形成与发展大致分为如下4个阶段：

1．第一个阶段可以追述到20世纪50年代。

2．第二个阶段以20世纪60年代美国的APPANET与分组交换技术为重要标志。

3．第三个阶段从20世纪70年代中期开始。

4．第四个阶段是20世纪90年代开始。

2．2计算机网络的定义

1．计算机网络的定义：

以能够相互共享资源的方式互连起来自治计算机系统的集合。

2．计算机网络的基本特征：

资源共享。

3．表现：

①计算机网络建立的主要目标是实现计算机资源的共享。

②我们判断计算机是否互连成计算机网络，主要是看它们是不是独立的“自治算机”。

③连网计算机之间的通信必须遵循共同的网络协议。

4.计算机网络的基本结构及其特点：

从逻辑功能上可分为：

资源子网与通信子网。

资源子网负责全网的数据处理，向网络用户提供各种网络资源与网络服务。

主机通过高速通信线路与通信子网的通信控制处理机相连接。

终端是用户访问网络的界面。

通信子网由通信控制处理机、通信线路与其他通信设备组成，完成网络数据传输、转发等通信处理任务。

通信控制处理机在网络拓扑结构中被称为网络节点。

通信线路为通信处理机之间以及通信处理机与主机之间提供通信信道。

资源子网→传统分为：

主机和终端现代分为：

服务器和客户机

通信子网→传统分为：

CCP（通信控制）和通信线路现代分为：

路由器和通信线路

2．3计算机网络的分类

1．按传输技术分为：

①广播式网络　　②点--点式网络

采用分组存储转发与路由选择是点-点式网络与广播网络的重要区别之一。

2．按覆盖地理范围和规模分：

局域网（LAN）、广域网（WAN）、城域网（MAN）、

一、广域网的特点和主要技术

1．适应大容量与突发性通信的要求

2．适应综合业务服务的要求。

3．开放的设备接口与规范化的协议。

4．完善的通信服务与网络管理。

代表性技术：

X．25网：

公用分组交换网

帧中继：

光纤

ATM：

异步传输模式用于多媒体，宽带SDN技术

二、局域网的特点和主要技术

范围比较小，一般一个单位所有，比较容易使用和维护，速度快

主要技术：

以太网、令牌总线、令牌环网

三、城域网的特点和主要技术

特点：

1．几十公里范围内2．用于连接局域网

技术：

1．FDDI：

技术光纤分布式数据接口。

——早期

2．交换接点采用基于IP交换的高速路由交换机或ATM交换机。

3．在体系结构上采用核心交换层，业务汇聚层与接入层三层模式。

2．4计算机网络拓扑构型

1．定义：

计算机网络拓扑是通过网中结点与通信线路之间的几何关系表示网络结构，反映出网络中各实体间的结构关系。

主要是指通信子网的拓扑构型。

2．重要性：

影响性能、可靠性、费用。

3．分类：

①点-点线路通信子网的拓扑：

星型，环型，树型，网状型。

②广播式通信子网的拓扑：

总线型，树型，环型，无线通信与卫星通信型。

2．5数据传输率和误码率

1．数据传输率的定义：

在数值上等于每秒钟传输构成数据代码的二进制比特数,单位为比特/秒（bit/second）,记作bps.对于二进制数据,数据传输速率为:

S1/T（bps）,其中,T为发送每一比特所需要的时间.

2．带宽与数据传输率的关系：

⑴奈奎斯特准则：

信号在无噪声的信道中传输时,对于二进制信号的最大数据传输率Rmax与通信信道带宽B（B=f，单位是Hz）的关系可以写为：

Rmax=2*f（bps）

⑵香农定理：

香农定理则描述了有限带宽;有随机热噪声信道的最大传输速率与信道带宽;信号噪声功率比之间的关系.

在有随机热噪声的信道上传输数据信号时，数据传输率Rmax与信道带宽B，信噪比S/N关系为：

Rmax=B*LOG⒉（1+S/N）

其中：

B为信道带宽，S为信号功率，n为噪声功率。

3．误码率：

误码率是二进制码元在数据传输系统中被传错的概率，它在数值上近似等于：

Pe=Ne/N（传错的除以总的）

（1）误码率应该是衡量数据传输系统正常工作状态下传输可靠性的参数.

（2）对于一个实际的数据传输系统,不能笼统地说误码率越低越好,要根据实际传输要求提出误码率要求;在数据传输速率确定后,误码率越低,传输系统设备越复杂,造价越高.

（3）对于实际数据传输系统,如果传输的不是二进制码元,要折合成二进制码元来计算.

（4）差错的出现具有随机性,在实际测量一个数据传输系统时,只有被测量的传输二进制码元数越大,才会越接近于真正的误码率值.

2．6网络体系结构与网络协议的基本概念

1．概念：

为网络数据传递交换而指定的规则，约定与标准被称为网络协议。

2．协议分为三部分：

（1）语法,即用户数据与控制信息的结构和格式;

（2）语义,即需要发出何种控制信息,以及完成的动作与做出的响应;

（3）时序,即对事件实现顺序的详细说明。

3．计算机网络体系结构是将计算机网络层次模型和各层协议的集合定义。

4．计算机网络中采用层次结构的好处：

①各层之间相互独立

②灵活性好

③各层都可以采用最合适的技术来实现，各层实现技术的改变不影响其他各层。

④易于实现和维护

⑤有利于促进标准化

5．ISO开放系统互连参考模型

①划分层次的原则是:

（1）网中各结点都有相同的层次。

（2）不同结点的同等层具有相同的功能。

（3）同一结点内相邻层之间通过接口通信。

（4）每一层使用下层提供的服务,并向其上层提供服务。

（5）不同结点的同等层按照协议实现对等层之间的通信。

在OSI中，采用了三级抽象，既体系结构，服务定义，协议规格说明。

②OSI七层：

⑴物理层：

主要是利用物理传输介质为数据链路层提供物理连接，以便透明的传递比特流。

⑵数据链路层：

在通信实体之间建立数据链路连接，传送以帧为单位的数据，采用差错控制，流量控制方法。

⑶网络层：

通过路由算法，为分组通过通信子网选择最适当的路径。

⑷传输层：

是向用户提供可靠的端到端服务，透明的传送报文。

⑸会话层：

组织两个会话进程之间的通信，并管理数据的交换。

⑹表示层：

处理在两个通信系统中交换信息的表示方式。

⑺应用层：

应用层是OSI参考模型中的最高层。

确定进程之间通信的性质，以满足用户的需要。

6．TCP/IP参考模型

⑴特点：

①开放的协议标准，可以免费使用，并且独立于特定的计算机硬件与操作系统。

②独立于特定的网络硬件，可以运行在局域网、广域网，更适用于互联网。

③统一的网络地址分配方案，使得整个TCP/IP设备在网中都具有唯一的地址。

④标准化的高层协议，可以提供多种可靠的用户服务。

⑵TCP/IP参考模型的分类：

应用层，传输层，互连层，主机-网络层。

⑶TCP/IP参考模型和OSI模型的对应关系：

应用层←→应用层、表示层、会话层

传输层←→传输层

互联层←→网络层

主机网络层←→数据链路层、物理层

⑷TCP/IP参考模型各层次的功能和协议

①互连层：

主要是负责将源主机的报文分组发送到目的主机，源主机与目的主机可以在一个网上，也可以不在一个网上。

功能：

1．处理来自传输层的分组发送请求。

2．处理接受的数据报。

3．处理互连的路径、流控与拥塞问题。

②传输层：

主要功能是负责应用进程之间的端到端的通信。

传输控制协议TCP和用户数据报协议UDP。

TCP协议是面向连接的可靠的协议；UDP协议是无连接的不可靠协议。

③应用层协议分为:

1．一类依赖于面向连接的TCP。

2．一类是依赖于面向连接的UDP协议。

3．另一类既依赖于TCP协议，也可以依赖于UDP协议。

依赖TCP协议的主要有:

文件传送协议FTP、电子邮件协议SMTP以及超文本传输协议HTTP。

依赖UDP协议的主要有简单网络管理协议SNMP;简单文件传输协议TFTP。

既依赖TCP又依赖UDP协议的是域名服务DNS等。

还包括：

网络终端协议TELNET;路由信息协议;RIP网络文件系统NFS.

④主机-网络层：

负责通过网络发送和接受IP数据报。

包括各种物理协议。

2．7典型的计算机网络

1．ARPANET

2.NSFNET采用的是一种层次结构，可以分为主干网，地区网与校园网。

3.Internet

4.Internet2。

初始运行速率可达10Gbps.Internet2在网络层运行的是IPv4，同时也支持IPv6业务.

T1:

1.544M/bpsT3:

47.746M/PS

2.8网络计算、研究与应用的发展

一、网络计算的概念

分类：

1.移动计算机网络2.网络多媒体计算3.网络并行计算4.存储区域网络计算

二、移动计算网络的研究和应用

1．概念：

把计算网络和移动通信网络联系起来，为拥护提供。

。

。

。

。

。

2．分类：

①移动计算网络→无限局域网（WLAN）和ADHOK网络→WAP协议和移动IP技术

②移动Internet

三、多媒体网络的研究和应用

1．概念：

是指能够传输多媒体数据的通信网络。

多媒体网络需要支持多媒体传输所需要的交互性和实时性要求。

2．网络视频会议：

是一种典型的网络多媒体系统。

3．分类：

一对一、一对多、多对一、多对多

4．多媒体网络应用对数据通信的要求：

①高传输带宽要求

②不同类型的数据对传输的要求不同

③网络中的多媒体流传输的连续性与实时性要求；

④网络中多媒体数据传送的低时延要求

⑤网络中的多媒体传输同步要求

⑥网络中的多媒体的多方参与通信的特点。

5．改进传统网络的方法是：

增大带宽与改进协议。

增大带宽可从传输介质和路由器性能两方面入手。

改进协议主要表现在支持IP多播、资源预留协议、区分服务与多协议标识交换等方面。

四、并行网络计算的研究和应用

1．概念

2．分类：

机群计算和网格计算

应用目标：

高性能和高可靠性处理机类型：

PC机群、工作站机群、服务器机群

处理机的配置：

对称多处理、单处理机、网格

五、存储区域网络

第三章局域网基础

3．1基本概念

一、特点：

1．局域网覆盖有限的地理范围

2．有较高的传输效率

3．一般一个单位所有，比较便于建立、维护和扩展

4．决定局域网的主要技术要素是：

网络拓扑，传输介质与介质访问控制方法

5．局域网从介质访问控制方法分为：

共享介质局域网与交换式局域网

二、局域网拓扑构型

1．在通信机制上局域网选择了与广域网不同的方式，从“存储转发”方式改变为“共享介质方式和“交换方式”。

2．局域网在网络拓扑上主要采用了总线型、环型、星型。

在网络传输介质上主要采用双绞线同轴电缆和光纤。

3．总线型拓扑结构的特点：

⑴所有的节点都连接到一条公共传输介质上的总线上。

⑵用同轴电缆和双绞线为传输介质。

⑶在同一个时期内只允许一个节点发送信息。

⑷当有两个节点同时发从信息时冲突。

⑸针对⑷——介质访问控制方法（MAC）

优点：

结构简单实现容易易于扩展可靠性较好

总线型局域网的介质访问控制方式采用的是“共享介质”方式。

介质访问控制方法是控制多哥节点利用公共传输介质发送和接受数据的方法。

4．环型拓扑结构

也要有MAC

优点：

结构简单实现容易传输延迟确定适应传输负荷较严重时性要求较高的应用环境

5．星型拓扑结构

⑴星型拓扑中存在中心结点，每个结点通过点与点之间的线路与中心结点连接，任何两结点之间的通信都要通过中心结点转接。

⑵普通的共享介质方式的局域网中不存在星型拓扑。

但是以交换分机CBX为中心的局域网为中心的局域网系统可以归为星型局域网拓扑结构。

三、局域网的传输介质类型与特点

1．同轴电缆

2．双绞线：

3类线带宽为16MHz，适合与10MHz以下的数据。

4类20MHz，语音。

5类100MHz，甚至可以支持155MHz。

3．关纤：

单模和多模

3．2局域网介质访问控制方法

1．种类：

⑴带有冲突检测的载波真听多路访问CSMA/CD方法。

⑵令牌总线方法（TOKENBUS）

⑶令牌环方法（TOKENRING）

一、IEEE802模型与协议标准

IEEE802参考模型是美国电气电子工程师协会在1980年2月制订的，称为IEEE802标准，这个标准对应于OSI参考模型的物理层和数据链路层，但它的数据链路层又划分为逻辑链路控制子层（LLC）和介质访问控制子层（MAC）。

a.802.1标准：

包含了局域网体系结构、网络互连、以及网络管理与性能测试。

b.802.2标准：

定义了逻辑链路控制（LLC）子层功能及其服务。

c.802.3标准：

定义了CSMA/CD总线介质访问控制子层和物理层规范。

d.802.4标准：

定义了令牌总线（TokenBus）介质访问控制子层与物理层的规范。

e.802.5标准：

定义了令牌环（TokenRing）介质访问控制子层与物理层的规范。

f.802.6标准：

城域网，定义了城域网的介质访问控制子层和物理层的规范。

g.802.7标准：

宽带技术。

h.802.8标准：

光纤技术。

i.802.9标准：

综合语音数据局域网。

j.802.10标准：

可互操作的局域网的安全机制。

k.802.11标准：

无线局域网。

L．802.11b标准：

无线局域网。

1．IEE802.2模型与协议标准

IEEE802.2标准定义的共享局域网有三类：

⑴采用CSMA/CD介质访问控制方法的总线型局域网。

802.3标准

⑵采用TOKENBUS介质访问控制方法的总线型局域网。

802.4标准

⑶采用TOKENRING介质访问控制方法的环型局域网。

802.5标准

2．IEEE802.3标准与ETHERNET（以太网）

⑴以太网的核心技术是它的随机争用型介质访问控制方法即CSMA/CD介质访问控制方法。

⑵最早使用随机争用技术的是夏威夷大学的校园网。

⑶CSMA/CD的发送流程可概括为：

①先听先发②边听边发③冲突停止④随机延迟后重发。

特点：

①有冲突的　②会听的网络③广播网④共享介质的网络⑤随机回避

⑷冲突检测是发送结点在发送的同时，将其发送信号波形与接受到的波形相比较。

3．IEEE802.4标准与TONKENBUS

⑴TOKENBUS（令牌总线方法）是一种在总线拓扑中利用“令牌”作为控制结点访问公共传输介质的确定型介质访问控制方法。

⑵所谓正常稳态操作是网络已经完成初始化，各结点进入正常传递令牌与数据，并且没有结点要加入与撤除，没有发生令牌丢失或网络故障的正常工作状态。

⑶令牌传递规定由高地址向低地址，最后由低地址向高地址传递。

⑷令牌总线网在物理上是总线网，而在逻辑上是环网。

⑸交出令牌的条件：

①该结点没有数据帧等待发送。

②该结点已经发完。

③令牌持有最大时间到。

⑹环维护工作：

①环初始化②新接点加入环③接点从环中撤出④环恢复⑤优先级

4．IEEE802.5标准与TOKENRING

⑴在令牌环中，结点通过环接口连接成物理环型。

⑵令牌是一种特殊的MAC控制帧。

令牌帧中有一位标志令牌的忙/闲。

⑶当环正常工作时，令牌总是沿着物理环单相逐站传送，传送顺序与节点在环中排列的顺序相同。

5．CSMA/CD与TOKENBUS、TOKENRING的比较

CSMA/CD

针对总线型拓扑结构的局域网设计

随机形介质访问控制：

适用负荷较低、简单、易实现

TOKENBUS

TOKENRING

针对环型拓扑结构局域网设计的

确定型介质访问控制方法：

适用负荷较高、复杂、实现较困难

6．以太网物理地址的基本概念

⑴局域网的MAC层是由硬件来处理的。

⑵典型的以太网物理地址长度是48位（六个字节），12位的十六进制，若换成二进制，就为48位的二进制。

3．3高速局域网技术

一、高速局域网研究基本方法

1．对局域网的改革方法：

⑴提高数据传输率

⑵利用路由器和网桥分割流量

⑶将共享介质改变为交换介质

2．共享介质局域网可分为Ethernet，TokenBus，TokenRing与FDDI以及在此基础上发展起来的100MbpsFastEthernet、1Gbps与10GbpsGigabitEthernet。

3．交换式局域网可分为SwitchEthernet与ATMLAN，以及在此基础上发展起来的虚拟局域网。

二、光纤分布式数据接口FDDI

1．光纤分布式数据接口FDDI是一种以光纤作为传输介质的高速主干网。

2．技术特点：

（1）使用基于IEEE802.5的令牌环网介质访问控制协议。

（2）使用IEEE802.2协议。

（3）数据传输速率为100Mbps,连网的结点数小于等于1000,环路长度为100km

（4）可以使用双环结构,具有容错能力。

（5）可以使用多模或单模光纤。

（6）具有动态分配带宽的能力,能支持同步和异步数据传输。

三、100MbpsFastEthernet

特点：

与以太网相同之处：

⑴拥有与以太网一样的“正”格式。

⑵拥有与以太网一样的介质访问控制方法CSMA/CS。

⑶拥有与以太网一样接口和组网方法。

与以太网不同之处：

⑴数据发送时间提高了10倍，数据发送延迟时间降低10倍。

⑵不再使用同轴电缆作为传输介质，而使用双绞线和光纤作为传输介质⑶在物理层和数据链路层之间加入介质独立性接口，使数据链路层独立⑷使用IEEE802.3μ协议。

100BaseTX→物理层两对5类双绞线全双工传输

100BaseT44对3类线10M

100BaseF

四、1GbpsGigabitEthernet

发送间隔时间：

1ns,提高100倍

100BaseT:

5类非屏蔽双绞线传输距离：

100米

100BaseCX:

屏蔽类双绞线传输距离：

25米

100BaseSX:

多模光纤传输距离：

300米～550米

100BaseLX：

单模光钎传输距离：

3公里

五、10GbpsGigabitEthernet

用于主干网最大最小正长度只使用单模光纤只工作在全双工状态下，必须使用交换机

光传输数据标准：

光钎同步网络和同步数字体系

六、交换式局域网

1．是在多个交换机的接口之间建立并发连接的网络，核心部件是局域网交换机，典型的局域网为交换式以太网，它的核心部件是以太网交换机。

2.以太网交换机是利用“端口/MAC地址映射表”进行数据交换的，交换机的“地址学习”是通过读取真的源地址并记录帧进入交换机的端口号进行的。

3．根据交换机的帧转发方法，交换机可以分为3类：

⑴直接交换方式

⑵存储转发交换方式

⑶改进直接交换方式

4．局域网交换机的特性：

⑴低交换传输延迟

⑵高传输带宽

⑶允许10Mbps/100Mbps

⑷可以支持虚拟局域网

七、虚拟局域网

1．虚拟网络（VLAN）是建立在交换技术基础上的。

2．虚拟网络是建立在局域网交换机或ATM交换机上的，它以软件的形式来实现逻辑组的划分与管理，逻辑工作组的结点组成不受物理位置的限制。

3．对虚拟网络成员的定义方法上，有以下4种：

⑴用交换机端口号定义虚拟局域网。

（最通用的办法）

⑵用MAC地址。

⑶用网络层地址。

（例如用IP地址来定义）。

⑷IP广播组。

这种虚拟局域网的建立是动态的，它代表一组IP地址。

八．无线局域网

1．分类：

⑴红外线局域网基本技术：

定向光束红外线传输、全方位外线传输、漫反射外线传输

⑵窄带微波局域网

⑶扩频无线局域网:

①跳频扩频②直接序列扩频

IEEE802.11A传输速率：

54MIEEE802.11B传输速率：

1M,2M,5.5M,11M

3．4局域网组网设备