现代通信网知识要点新Word文档格式.docx
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作用范围在一个城市，（5~50公里），目前MAN更多采用局域网技术
*AN：
用户接入宽带骨干网/因特网的方式，主要有xDSL（如ADSL）、HFC、FTTx技术（如FTTH），以太网等方式
a）ADSL：
非对称数字用户环路，在一条电话线路上能同时实现用户上网和打电话功能（上、下行数据及电话采用频分复用方式）；
由电信/网通公司提供
b）HFC：
光纤同轴混合网，在有线电视网络上，能同时实现用户看电视和上网功能，（上、下行数据及电视采用频分复用方式）；
由广电公司提供
c）FTTx：
FTTH（光纤到户，FiberToTheHome）；
FTTB：
（光纤到大楼Building）；
FTTO（光纤到办公室Office）
d）以太网方式：
通常和FTTx结合使用，详见P104
3）从网络的使用者分类：
公用网和专用网
8.计算机网络主要的两个性能指标是带宽和时延
9.带宽本义是指模拟信号的频带宽度，单位是赫兹（Hz），在数字信道上，一般指信道的数据传输速率，单位为b/s（比特每秒或bps）有时也称为吞吐量。
10.数据传输速率一般以bps（bit每秒）为单位，比特一般表示成b，而数据存储以字节为单位，一般表示为B。
1）1B=8b（1字节=8比特）
2）1kB=210B（1024）
3）1MB=220B（1024x1024）
4）1GB=230B（1024x1024x1024）
5）1kbps=1000bps，1Mbps（106bps），1Gbps（109bps）
11.时延主要由发送时延、传播时延、处理时延组成
1）发送时延：
结点在发送数据时使数据块（帧）从结点进入到传输媒体所需时间。
发送时延=数据块长度/信道速率
2）传播时延：
电磁波在信道中传播一定距离花费的时间。
i.传播时延=信道长度/电磁波在信道上的传播速率
ii.电磁波在自由空间中传播速率为3x108米/秒，在光纤中的传播速率约为2x108米/秒
3）处理时延：
数据在结点中为存储转发而进行必要处理所花费的时间。
约为数据在节点缓冲区中的排队等待时延
4）数据经历的总时延=传播时延+发送时延+处理时延
12.传播时延带宽积=传播时延x带宽；
又称为以比特为单位的链路长度
13.往返时延RTT：
表示从发送端从发送数据开始到接收到接收端的确认总共经历的时延。
RTT管道越大，对丢失数据反应越慢，对拥塞不敏感。
14.网络协议：
为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定。
协议的三个组成部分：
1）语法：
数据或控制信息的格式
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相应
3）同步：
事件实现顺序的详细说明
15.计算机网络的组成：
用户主机、通信子网、网络协议
16.OSI/RM：
开放系统互连协议参考模型，是由ISO（国际标准化组织）制定。
1）“开放”是指只要遵循OSI标准，各网络系统之间就能进行通信。
2）OSI协议分为七层（由低到高）：
物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层
17.TCP/IP协议体系结构：
属于事实上的标准（即抢先占领市场的标准）
1）TCP/IP本身分为四个层次（由下向上）：
1物理网络接口（没有具体定义），2IP（网络层）、3TCP层（传输层）、4应用层
2）本书为讨论方便，分为五层：
1物理层、2数据链路层、3网络层、4传输层、5应用层，各层作用如下：
i.物理层：
透明传输0、1二进制比特流，单位为比特
ii.数据链路层：
帧的封装和解封；
相邻结点间无差错传送以帧为单位的数据
*封装：
发送时，把网络层的分组封装成帧
*解封：
接收时，把帧中数据部分取出来（即分组）交给网络层处理
iii.网络层：
把传输层的报文进行封装和解封；
路由选择；
单位为分组。
iv.传输层：
负责端到端主机进程之间的通信；
单位为报文
v.应用层：
直接为用户的应用进程提供服务
3）完整的五层协议只存在于通信连端的主机中。
互联网络中的路由器只具有下三层协议（物理层、数据链路层、网络层）。
以太网交换机只具有下两层协议（物理层、MAC子层）。
4）数据在协议分层中传递，发送方协议分层由高到低对数据逐步封装，接收方由低到高逐步解封（详见P29图1-17）。
5）实体、协议、服务、SDU、PDU、SAP含义（见P30）
i.各层SAP（服务访问点）：
链路层PPP（协议字段）；
以太网（类型字段）；
网络层IP（协议字段）；
传输层TCP（端口号）
ii.协议是水平对等实体之间的虚拟通信（传输单元为PDU）
iii.服务是上下层之间的通信，低层永远为高层提供服务（传输单元为SDU），如IP层永远为TCP层提供服务
6）EverythingoverIP含义：
IP协议可以提供视频、音频、数据等多业务数据的传递
7）IPoverEverything含义：
IP协议可以在任何物理网络上传递（通过隧道技术）
第二章物理层
1.物理层主要描述设备与传输媒体的接口特性，物理层具有四大特性（见P36）
2.单工通信/半双工通信/全双工通信（P38）
3.基带和宽带
1）基带：
数字信号1或0直接用两种不同电压表示，在线路上传输
2）宽带：
各路信号进行频分复用传输，每路信号占有一定带宽
4.奈奎斯特定律和香农公式（P39、P40）
5.传输媒体：
在物理层以下（物理层不作定义，只定义和传输媒体之间的接口），分为导向传输媒体（有线）和非导向传输媒体（无线）。
a）导向传输媒体（有线）：
双绞线、同轴电缆、光缆；
i.双绞线：
分为非屏蔽双绞线UTP和屏蔽双绞线STP
ii.同轴电缆：
分为50?
基带同轴电缆（用于10BASE-2和10BASE-5以太网）和75?
宽带同轴电缆（有线电视电缆，用于HFC光纤同轴混合网）
iii.光缆：
分为单模（适合高速、远程传输）和多模（只适合短距离传输，100Mbps以太网以下一般最远2km，千兆以太网300-500m）
b）非导向传输媒体（无线）：
无线电通信。
i.微波通信特点：
频带范围宽、直线传输（视距通信）、易受干扰、保密性和隐蔽性较差（P45）
ii.卫星通信：
以卫星为中继的微波通信；
其特点是覆盖范围大、频带宽、通信容量大、传播时延较大（因为卫星具地面距离很远，同步卫星两个地面站传播时延一半为270ms）。
6.模拟传输和数字传输
1）最基本调制方法：
调幅AM、跳频FM、调相PM（见通信原理）
2）调制解调器速率：
影响速率的因素为A/D转换时的量化噪声
a）33.6kbpsMODEM：
两个用户之间经过了两次A/D转换
b）56kbpsMODEM：
用户上网只经过一次A/D转换
3）同步通信和异步通信
a）异步通信：
发送端逐字节为单位发送。
起始比特+数据1字节+停止位+奇偶校验位（总共约8~11位，校验位可选）
b）同步通信：
收发双方时钟同步，以比特为单位发送和接收
4）数字传输系统：
现有数字传输系统采用脉码调制PCM（详见P53-54）
a）每路语音带宽3.4kHz，传输时分配4kHz，根据奈奎斯特定律，采样频率8kHz，采用8bit编码，8kx8=64kbps。
b）PCM两种国际标准：
欧洲体制（E1）和北美体制（T1）
c）E1体制把一个时分复用帧（125?
s）分成32路（0~31路）时分复用，每路传输8bit，则总速率为32x64kbps=2.048Mbps。
其中第0路为同步，第16路传送用户的信令信息
d）T1体制把时分复用帧125?
s分为24路，每路传输8bit，每一帧再加上1bit，则速率为（24x8+1）bit/125?
s=1.544Mbps
5）信道复用技术：
时分复用TDM、频分复用FDM、统计时分复用STDM、波分复用WDM、码分复用CDM（详见P47-53）
a）波分复用WDM实际上是波的频分复用
6）同步光纤网SONET（美国标准）和同步数字序列SDH（国际标准）：
提供国际统一速率标准
a）速率标准定义：
SONET采用OC_n（光载波，OpticalCarrier），SDH采用STM_n（同步传输模块，SynchronousTransferModule）
b）常用速率标准：
i.OC_3/STM_1：
155Mbps
ii.OC_12/STM_4：
622Mbps
iii.OC_48/STM_16：
2.5Gbps
iv.OC_192/STM_64：
10Gbps
7）物理层标准举例
a）RS-232/V.24标准和RS-449/V.35标准是DTE和DCE之间的接口
b）DTE：
数据终端设备（DataTerminalEquipment），数据终端设备，即具有一定数据处理能力以及发送和接收数据能力的设备
c）DCE：
数据电路端接设备，标示传输线路的结束和用户线路的开始。
其作用进行信号电平变化和编码功能
d）DTE和DCE举例
i.PC机用调制解调器上网，则DTE是PC机，DCE是调制解调器；
ii.PC机插网卡上网，则DTE是PC机，DCE是网卡。
iii.局域网通过路由器用基带调制解调器设备接入广域网，则DTE是路由器，DCE是基带调制解调器
第三章数据链路层（传送的PDU叫帧）
1.数据链路层协议作用范围：
在一个通信网范围内，属于点到点（相邻结点）协议（注意和端到端协议TCP的差别）。
2.链路和数据链路的差别：
1）链路：
一条无源的点到点物理线路，线路上有可能由于干扰而出现错误
2）数据链路：
在链路上加上数据链路层协议（如HDLC/PPP/Ethernet/FR…），能够把错误检查并修改过来，使得数据链路从逻辑上能够实现无差错传输
3.数据链路层的主要功能：
1）链路管理：
数据链路的建立、维持和释放
2）帧定界：
接收方如何识别一个帧的开始和结束。
a）HDLC/FR/LAPB等采用0x7E标示一个帧的开始和结束。
用‘0’插入删除算法实现透明传输（面向比特）。
b）PPP也是采用0x7E标示一个帧的开始和结束。
在同步链路中，用‘0’插入删除算法实现透明传输（面向比特）。
在异步链路中，采用转义字符实现透明传输（面向字符）
c）Ethernet采用7字节前同步码+1字节帧开始定界符实现以太网帧同步
d）SLIP采用0xC0作帧开头和结尾
3）流量控制：
通过接收方控制发送方发送数据的速率
4）差错控制：
具有前向纠错和检错重发两种。
网络链路层协议一半采用检错重发
5）数据区和控制信息区分开
6）透明传输：
任意比特组合都能在网络中传输（见上面帧定界）
7）寻址：
能够正确到达目的站
4.停止等待协议（stop-and-wait）：
主要解决流控和检错重发两个问题
1）流控解决：
每次只发送一帧，等待接收方确认后再发送下一帧
2）检错解决：
CRC校验（要会计算，详见P68），正确返回ACK帧，错误返回NAK帧
5.停等协议中数据帧在链路上传输主要出现正常、数据帧出错、数据帧丢失、确认帧等几种情况（P190图5-9要理解并会画）。
1）正常（数据帧正确）：
收方返回ACK，发方发送下一帧
2）数据帧出错：
收方CRC校验发现错误，返回NAK，发方重发错误帧
3）数据帧丢失：
发方每发送一帧，设立超时定时器tout，超时重发该帧，收方接收该帧
4）应答帧丢失：
发方每发送一帧，设立超时定时器tout，超时重发该帧，收方丢弃该帧
6.停等协议算法（掌握）：
用1个bit位对帧编号（0、1交替编号）
7.停等协议定量分析：
要会推导
8.连续ARQ协议（go-back-N）：
发方按序连续发送数据帧（0，1，2，3…），每发送一个单独设立一个定时器，发现某帧超时未确认，则退回到该帧进行按序重发
9.连续ARQ缺点：
1）当未被确认的帧数目太多时，需要重传太多帧（Go-back-N）
2）对帧编号的比特数没有限制
10.滑动窗口主要解决两方面问题：
1）固定比特数对帧进行编号（节省数据帧头部空间）
2）流量控制：
通过发送窗口WT对发送速率进行流量控制
11.滑动窗口包含两个窗口：
发送窗口WT和接收窗口WR
1）发送窗口WT：
WT<
=2n-1，n表示帧编号的比特数；
发送窗口实际上就是发送缓冲区大小。
发送方只能发送发送窗口内的帧。
（要会证明：
为什么WT<
=2n-1才能使滑动窗口正常工作？
）
2）接收窗口WR：
WR=1，即接收缓冲区只有一个帧的大小，也就是说，接收方每次只能接收一个帧，因此要按序接收。
12.信道利用率U<
=100%
13.HDLC：
面向比特的链路控制规程
1）面向比特和面向字符的区别：
a）面向字符：
链路上传递的数据是特定字符集，如ASCII码。
要想实现透明传输，必须对帧中和头尾标志（0x7E）一样的字符通过转义字符进行转义
b）面向比特：
按比特流进行传送，和头尾标志（0x7E）一样的通过0插入删除实现透明传输
2）HDLC中链路的两种配置方式：
非平衡配置（主站和从站）、平衡配置（复合站）
14.HDLC帧结构：
头标志（0x7E）地址（8bit）控制（8bit）数据（长度可变）FCS（16bit）尾标志（0x7E）
15.HDLC三种帧格式：
1）信息帧：
包含数据字段的帧。
N（S）表示当前发送帧的序号（固定比特数循环编号），N（R）表示期望收到对方帧的序号（捎带确认），表示N（R）-1以前的帧正确接收到
2）监督帧：
RR、RNR、REJ作用
3）无编号帧：
对链路进行控制，如建立和释放链路，设置链路响应方式等
16.PPP协议应用范围：
点到点通信线路（一条通信链路连接两个通信设备）
17.PPP协议的三个组成部分：
帧结构、LCP（链路控制协议）、NCP（网络控制协议）
1）PPP使用LCP帧协调PPP参数（身份认证、数据字段长度、是否需要地址和控制字段等）
2）PPP使用NCP提供对不同网络协议的支持
18.PPP协议帧格式：
和HDLC相似，不同之处如下：
1）PPP面向字节
2）地址字段固定（0xff），点到点线路不需寻址
3）控制字段固定（0x03）
4）在控制字段后增加了2字节的协议（Protocol）字段。
本字段实际上是PPP对网络层协议的SAP（服务访问点），0x0021表示数据字段是IP分组。
19.IP分组在PPP协议中的封装要一定要掌握（P73，图3-10）
第四章局域网
1.局域网属于通信网，采用广播方式通信，不需要路由选择协议
2.局域网的常用拓扑结构主要有星形（10BASE-T）、总线形（10BASE-2、10BASE-5）、环形（令牌环IEEE802.5、FDDI）、树形（10BROAD-36）
3.名词解释：
1）10BASE-T：
通过集线器和双绞线连接成的星形结构以太网
2）10BASE-2：
通过50?
细同轴电缆连接成的总线结构以太网，每网段185米
3）10BASE-5：
粗同轴电缆连接成的总线结构以太网，每网段500米
4）10BROAD-36：
通过75?
的CATV（有线电视）电缆连接成的快带以太网，网络最大跨度为3600m。
5）CSMA/CD：
载波侦听多路访问/冲突检测。
以太网通信中，每个站点在发送数据之前，侦听信道是否忙，信道如果忙，则继续侦听，如果空闲则发送数据；
在发送数据过程中，由于信道传播时延的存在，要办发送数据边检测冲突，一旦发现冲突，立刻停止数据发送，并发送强化冲突信号
6）100BASE-TX：
2对UTP5（4根线序为1，2，3，6）或STP通过以太网交换机连接成的100Mbps以太网，100m
7）100BASE-FX：
2根光纤（1根发送，1根接收）连接成的100Mbps以太网，常用于交换机之间的级联，一般2km
8）100BASE-T4：
采用4对UTP3（8根）连接成的100Mbps以太网，100m
9）1000BASE-SX：
采用短波长激光器用多模光纤连接成的以太网，300~550m
10）1000BASE-LX：
采用长波长激光器用单模/多模光纤连接成的千兆以太网，距离最大5km
11）1000BASE-CX：
采用2对（4根）STP（屏蔽双绞线）连接成的千兆以太网，距离为25m
12）1000BASE-T：
采用4对（8根）UTP5连接成的千兆以太网，距离为100m
13）FDDI：
光纤分布式数据接口，以多模光纤为传输媒体连接成的环形网，MAC协议采用IEEE802.5令牌环，具有很强的自愈功能
4.信道共享技术分为两大类：
静态划分信道、多点接入（或多路访问）
1）静态划分信道：
TDM、FDM、WDM、CDM等属于物理层复用
2）多点接入又分为两种：
随机接入和受控接入，属于链路层复用
a）随机接入：
用户可以随机发送信息，要解决碰撞问题，如CSMA/CD
b）受控接入：
用户发送数据服从一定控制。
如令牌环局域网（取得令牌才能发送）和轮询。
5.以太网的协议分层：
总体上以太网包含物理层和数据链路层（含MAC和LLC子层），各层次作用如下：
1）物理层：
a）信号的编码和译码（曼彻斯特编译码）
b）为帧同步用的前同步码的产生和去除（7个字节的前同步码和1字节的帧首标志）
c）比特流的传输与接收
2）数据链路层主要包括MAC子层和LLC子层，由于LLC子层目前不常用，因此重点掌握MAC子层，其作用如下：
a）MAC子层（媒体访问控制）：
i.帧的封装和解封
ii.实现和维护CSMA/CD协议
iii.比特差错检测（4字节的FCS字段通过CRC-32校验）
iv.MAC寻址
6.传统以太网有两个标准：
Ethernet（最常使用）和IEEE802.3，两者差别：
1）协议分层：
Ethernet：
只有物理层和MAC子层，没有LLC子层，而IEEE802.3包括物理层、数据链路层（包括MAC子层、LLC子层）
2）帧封装：
a）Ethernet通过类型码（Type字段）表示数据字段是什么分组，如类型码=0x0800表示数据字段是IP分组。
IP分组直接封装到Ethernet帧中传递（见P111图4-17），目前IP分组在以太网中都是以本方式传递。
最大有效载荷（即数据字段最大长度）为1500字节
b）网络层分组先封装到LLCPDU，在把LLCPDU封装到MAC帧中传递，通过LLCPDU中的SAP（服务访问点）字段标示网络层分组类型，最大有效载荷为1497字节（MAC帧数据字段要去掉LLCPDU的3个字节头部）（见89图3-22）
7.保证以太网CSMA/CD正常运行必须满足：
tf>
=2?
（重点掌握！
！
，见习题3-20）
1）tf表示帧的最短发送时延，tf=最短帧长/信道速率
2）?
表示以太网端到端最大传播时延。
?
=以太网最大跨度/电磁波在信道中传播速率（在电缆中约为2x108米每秒，光缆和自由空间中为3x108米每秒）。
3）10Mbps以太网中争用期长度取2?
，为51.2?
s（网络最大跨度为2.8km），可以计算得出以太网帧最短帧长为64字节，所有长度小于64字节的帧都是由于冲突而异常中止的无效帧
4）100BASE-T中维持tf>
不变，最短帧长仍为64字节，则tf缩小10倍（5.12?
s），将网络最大跨度缩小，一个网段电缆长度为100m
5）1000BASE-T中仍维持tf>
不变，最短帧长为64字节，争用期增大为512字节，但tf又缩小10倍（0.512?
s），如将网络跨度缩小至10米则没有应用意义，因此，维持网络跨度100米不变，采用载波延伸和分组突发两种方法相结合进行扩展。
a）载波延伸：
发送帧小于512字节长度时，添加特殊字符使MAC帧的长度增大为512bytes（相对增加tf）
b）分组突发：
某站点有多个帧进行发送，只要当前发送帧的长度之和小于1500字节，则可以继续连续发送帧。
8.网卡的作用有三个：
1）数据的封装和解封：
发送时将网络层数据分组加上首部和尾部，成为MAC帧，接受时执行相反操作，把MAC帧中
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