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计算机网络考试

概述

一、 定义

1） 计算机网络的广泛定义：

计算机网络是在网络协议的控制下，用一台或多台计算机、若干终端设备、数据传输设

备、通信控制处理机等组成的计算机系统的集合。

2） 从应用角度来定义：

所谓计算机网络是"以相互共享资源（硬件、软件和数据）的方式连接起来，且各自具备

独立处理功能的计算机系统的集合。

3） 从通信角度来定义：

计算机通信网是指以计算机间传输信息为目的面连接起来的计算机系统之集合。

二、计算机网络与分布式系统的区别

1． 分布式系统：

从用户透明性角度来定义：

分布式系统"存在着一个能为用户自动管理资源的分布式操作

系统，由它调用用户任务所属资源，面整个网络像一个大的计算机系统一样，对用户是

透明的。

2． 分布式系统的五个特征：

（1） 系统有多种通用的物理和逻辑资源，可以动态地给它们分配任务。

（2） 系统中分散的物理和逻辑资源通过计算机网络实现信息交换。

（3） 系统中存在一个全局方式管理系统的分布式操作系统。

（4） 系统中联网的各计算机既合作又自治。

（5） 系统的内部结构对用户是透明的（不可见的）。

3． 分布式系统与计算机网络的共同点：

（1） 两者在物理结构上基本相同。

（2） 它们都需要文件的传送（信息交换）。

4． 两者主要区别：

分布式操作系统与网络操作系统的设计思想不同，因此它们的结构、工作方式和功能也

不同。

（1） 网络操作系统要求网络用户在使用网络资源时，首先必须了解网络资源的分布情

况，用户要明确地指定在哪一台机器（或目录位置）上登录，明确地指明文件传输的源

地址和目的地址，由用户（包括网络管理员）管理整个网络。

（2） 分布式操作系统以全局方式管理系统资源，它自动地为用户任务调度网络资源，

根据用户要求选择合适处理机自动地处理命令，结果送给用户。

（3） 分布式系统是一个建立在网络之上的软件系统，是计算机网络技术发展的高级阶

段。

ARPANET工作过程：

1） 源主机H1把报文送给源IMP（I1），I1存贮该报文。

2） I1把报文分割为报文分组，并按路由选择算法来选择路由，发送分组。

3） I3（中间IMP）

·接收分组并存贮

·校验分组是否传输正确

结果--传输正确--选择路由，转发该分组

       --给I1应答（已正确接收）

    --传输错误：

请求I1重发分组

4） 目的IMP（I2）

·接收分组，存贮、校验、应答

·待全部分组正确接收后，重装报文，传送给目的主机H2

5） 目的主机接收报文后，向源主机发应答信号

传输方式：

"存贮、转发"

（交换方式） Store and Forward

ARPANET的特点：

1） 采用多级网络结构，使网络设计和管理简化

2） 可靠性提高（每个IMP至少与两条通信线路相连）

3） 异机种联网较困难

ARPANET的协议体系结构（见下图）：

用户进程  ------用户协议--------用户进程

   |           |

操作系统------协议-------操作系统

    |         |

HOST主机---协议-----HOST主机

     |   物理    |

源IMP--------目的IMP

      通信（含中间IMP）

1． 网络协议

1） 网络协议的定义：

为了进行网络中的数据交换而建立的通信规则、标准和有关的约

定之集合，称为网络协议。

2） 网络协议三个要素：

A） 语义：

确定通信双方"讲什么"，即确定双方需要发出何促信息、完成何种操作以及如

何应答。

B） 语法：

确定通信双方"如何讲"，即确定数据信息（包括控制信息）的结构和格式等。

C） 同步（变换规则）：

通信过程中事件实现的顺序的详细说明，即确定双方通信中的同

步、速度匹配、排序等。

3） 网络体系结构：

所谓网络体系结构：

是指在计算机连网时，要求其硬件、软件应符合的标准、功能模式

，以及网络的层次划分和各层使用的协议之总和。

4） ARPANET网络协议各层的主要功能：

A） IMP与IMP协议：

提供IMP之间通信，处理传输过程中的差错控制、信息流量控制、路

由选择和通信子网管理等。

B） HOST与IMP之间的协议：

它决定IMP与HOST之间的数据传输，它包括规定传输报文的

格式和提供主机与IMP之间的流量控制等。

依靠该协议与主机间建立了虚拟通信环境。

C） 操作系统与操作系统协议：

此协议确定两台通信主机的操作系统间的有关通信规则

，它为起动远程主机用户进程和维护两主机的进程通信而提供服务。

D） 用户协议：

用户进程协议，能促使用户有效地使用网络。

DTP（数据通信协议）

FTP（文件传输协议）

RJEP（远程作业录入协议）

远程通信协议（TELNET）

邮箱协议（提供用户交换报文服务）（E-mail前身）

图形协议

IBM公司的网络体系结构（我国银行系统所用）

--SNA（System Network Architecture）

 有关IBM公司的网络连接规范

SNA的逻辑结构：

NAU（sm）

FIFmD

DFC

TC

PC

DLC

机器

DLC

PC

TC

DFC

FIFmD

NAU（sm）

DEC公司的网络体系结构（我国海关系统所用）

--DNA（Digital Network Architecture）

DNA的逻辑结构：

命名解释--

  T       V型DECNET的DNA结构

  N

  DL

  Ph

ARPANET，SNA，DNA这三种网络体系结构：

（1） 本公司（本系统）的机器（软、硬件）连网可以

（2） 不同公司（异机种）要实现连网就很困难，因为没有统一的连网标准

若要实现互连，则要（70年代）：

国际标准化网络（80年代）（理论标准）

--为实现异机种连网提供统一的标准，ISO在1984年公布OSI 7层协议（P21）

分层的主要原则：

（1） 每层应有明确的功能，并且相互独立。

当某一层的具体实现方法更新时，只要保

持层面接口不变，就不影响相邻的层。

（2） 层间接口清晰，跨越接口的信息量应尽可能少。

（3） 层数要适中。

层次太少，会造成层间功能划分不明确，多种功能汇集在一层，使

每一层的协议太复杂；层次太多，又使得整个体系结构太复杂，每层的组装任务很重，

也很困难。

TCP/IP协议模型：

（现实标准）

是由ARPANET的NCP（网络控制程序）发展而来

   NCP--对应可靠性较好的通信子网

ARPANET

   TCP/IP--在不太可靠的通信子网中，保持可靠的数据传输

TCP/IP分层

SMTP DNS FTP TELNET

TCP UDP NVP

ICMP IP

 ARP RARP

网络接口层

（1） SMTP：

简单邮件传输协议

（2） DNS：

区域名字服务

（3） FTP：

文件传输协议

（4） TELNET：

远程通信协议

（5） TCP：

传输控制协议

（6） UDP：

用户数据报协议

（7） NVP：

网络语音协议

（8） ICMP：

Internet控制报文协议

（9） ARP：

地址转换协议（将IP地址转换为32位的物理地址）

（10） RARP：

反向地址转换协议（将物理地址转换为IP地址）

因特网和ATM（asynchronous transfer mode）（异步传输模式）的发展（80年代后期）

1． Internet的体系结构

采用分层网络结构

主干网--地区网--企业，校园网

R：

Router（运行TCP/IP协议，选择路由，转发分组（IP））

从逻辑上看，Internet可看成一个由TCP/IP协议提供的单一（IP信包）的无缝的通信系

统。

为了实现一个单一的统一的系统， 每台连接上Internet上的主机必须有一个全网唯一的

地址。

这个地址是由IP（互联网协议）来编址的。

IP地址的是一个32位的地址：

   前缀：

标识该主机从属于哪个子网。

（Network Number）

主机标识

   后缀：

标识该主机在所属子网中的主机号。

（Host Number）

IP地址：

A类：

 0      78           31

0 前缀 后缀

 网络地址：

1--127

 网络主机数：

1638 7064台

 主机总数：

20 6477 0064台

B类：

  0  1            15 16          31

0 1 前缀 后缀

 网络地址：

128--191

 网络主机数：

6 5416台

 主机总数：

5 2438 6048台

 网络数：

1 6382

C类：

  0  1  2             24 25    31

1 1 0 前缀 后缀

 网络地址：

192--223

 网络主机数：

254台

 主机总数：

5 2438 6048台

 网络数：

206 4512

2.ATM技术

 ATM是新一代的数据传输与分组交换技术，是当前网络技术的研究与应用的热点问题。

1） ATM技术的主要特点：

A． 面向连接的技术，采用小的固定长度的数据单元（称为信元，总长度53个字节，包

头5个字节，数据48个字节）

B． 各类信息（数据，语音，图像，视频）均可用信元为单位进行传送。

即ATM支持多媒

体通信。

C． ATM采用统计时分多路复用方式的动态分配带宽，网络的延迟时间短，能适应实时通

信的要求。

D． ATM没有链路对链路的纠错和流量控制，协议简单，数据传输速率高。

E． ATM目前的数据传输速率有：

25m bps，50m bps，100m bps等几种，最高传输速率可

达155m bps--2.4G bps。

特殊的IP地址：

前缀 后缀 地址类型 用途

全0 全0 本机地址 启动时使用

网络号 全0 网络地址 标识一个网络

网络号 全1 直接广播 在指定网络中广播

全1 全1 局域网广播 在本地网上广播

127 任意 回送 测试

我国计算机网络的发展：

：

（1） 70年代中至80年代：

分行业组建计算机网络：

海关（DEC），铁路，银行（IBM），军事部门

（2） 1988年中国学术网络CANET建立：

使用X.25（分组交换），通过法国Kartnune大学的一个网络接口与Internet连接，交换

E-mail

（3） 1990年5月，中国教育科研网CERNET

（4） 1992年组建中科院网络CASNET

（5） CHINANET网络

CHINANET网络基本结构：

网络管理中心，核心层，接入层，用户层

I. 核心层：

作为CHINANET网络的骨干网，提供接入层接口，中继端口和各种网络资源，为国内的In

ternet服务提供者（ISP）提供高速接入端口。

II. 接入层：

为用户提供接入端口，并对用户实施管理。

III. 网管中心：

负责对全网的设备和中继电路实行实时的监控和管理。

统计分析全网的业务量，设备和

电路的利用率，以保证全网的正常运行，它也可以负责用户的接入。

网络拓扑结构

网络的拓扑结构分类

（1） 星形网络Star Network（集中型网络）

以一台计算机为中心主机，各种类型的网络设备均与该中心主机有物理链路直接连接。

网上任意两台设备要进行通信，都通过中心主机转接。

T：

终端   C：

集中器（集线器）

特点：

I. 便于信息集中；

II. 网络结构简单，扩充容易；

III. 通信功能简单，可由中心主机根据优先级进行处理；

IV. 中心主机负荷重；

V. 可靠性比较低；

VI. 线路的利用率较低；

（2） 总线型网络：

所有入网设备都连接在一条公共的传输线路（BUS）上，任何时刻只允许两台设备间进行

通信。

NOVELL网的总线型网络结构：

FS :

 File Server 对文件系统进行管理等

WS :

 Work Station

终端匹配器：

50Ω、75Ω电阻，防止信号反射造成干扰。

    BUS

     信号     反射信号

   FS1     WS1       50Ω

国际标准：

IEEE 802.3协议

CSMA/CD来进行传输控制：

C：

载波  S：

侦听  M：

多路  A：

访问   C：

冲突  D：

检测

以FS1与WS1进行通信为例，例如FS1要发送信息给WS1：

I） FS1侦听是否有其它设备在使用总线

有：

FS1按规定的退避算法，等待，再侦听

无：

立即使用总线广播方式传输信息帧

CSMA/CD帧格式：

前导码 SFD DA SA L LLC PAD FCS

前导码：

用于实现同步的一种编码（8字节）

l SFD：

起始帧界符（1字节）

l DA：

目的地址（接收方地址）

l SA：

源地址（发送方地址）  （2--6字节）

l L：

标明帧的数据长度

l LLC：

要传输的DATA（0--1500字节）

l PAD：

填充料。

要求整个帧的最小长度不少于64个字节，其中LLC不少于46个字节。

否

则就要加入PAD。

（限制帧的最小长度是为了方便侦听）

l FCS：

循环校验码（2字节）

II） WS1：

接收该帧（通过检查DA地址判断本机是否为目的地址），对帧进行校验（传

输正确：

接收、应答        传输错误：

不接收，要求对它重发）

冲突检测过程：

I） 冲突：

有两个或两个以上的设备往总线上发送信号

II） 原因：

由于信号在线路上传输有延迟，另外是由于有多个设备要求总线传输信息（

即网络负荷重时），会造成冲突。

III） 冲突检测：

l 利用信号能级进行检测

l 边发送边侦听检测方式

总线

   A     A   接收     =1，有冲突

      延迟      F=A  B   =0，无冲突

  FS1    B

产生冲突后，信号会在总路线上叠加现改变

IV） 冲突的处理：

a. 首先舍弃该信息帧

b. 发强化冲突的帧

c. 按规定退避算法等待，再侦听

CSMA/CD退避算法：

I） 非坚持CSMA

a. 先侦听，待线路（媒体）空闲则立即发送帧

b. 若线路忙，则等待一个重发延迟时间再侦听

II） 1--坚持CSMA

a. 先侦听，线路空闲则立即发送帧

b. 线路忙，则继续坚持侦听，直至线路空闲、发送

c. 若有冲突，则等待一个重发延迟时间，再侦听

III） P--坚持CSMA

a. 先侦听，线路空闲则以概率P发送数据，以（1-P）的概率延迟一个单位时间。

b. 线路忙，则继续侦听，直至线路空闲时重复a。

总线型网络的主要特点：

i） 线路利用率高；

ii） 任何时候只能在两个设备之间通信；

iii） 在网络负荷重时，容易产生冲突，降低网络的效率；

iv） 网络范围有限；

v） 在每段中可接入网的设备数目有限；

（3） 环型网络：

i） 所有入网设备都连接在一条闭合的环型信道（线路）上，编纂沿环路单方向传送。

ii） 传输控制方式：

寄存器插入法

开槽环

标记环（令牌环）

寄存器插入法：

在每个RI（转发器）中增加一个移位寄存器，该寄存器可以插入或脱离环路。

   脱离

               环路出口

     D1 D2  ……      Dn

               移位脉冲

 环路入口      插入

作用：

a. 暂存流过RI的信息帧；

b. 缓存本站待发送的信息帧；

c. 寄存器的长度等于环路中信息帧最大长度

工作原理：

RI判断所接收信息帧的DA，若为本身主机，则COPY下来发给主机；若为其它

主机地址，则转发。

开槽环：

把闭合环路的传输容量划分为若干个时间法（又环槽），每个信息帧占用其中一个槽来

传送）

   信道传输容量

时间片1  ……

  槽1            槽n

开始位：

 1--表示满槽（有信息帧）

 0--表示空槽（无信息帧）

标记环：

（令牌环）：

IEEE802.5协议

i） 工作原理：

a. 设置一个小分组（称为令牌）在环上绕行传送没有站使用该令牌时，称为空令牌；

b. 要发送信息帧的站（结点）检测到空令牌经过时，就把"空令牌"改为"忙令牌"，并把

自己的信息帧装入、发送。

c. 当忙令牌经过RI，RI判断本身是否目的地址。

若不是，则转发该"忙令牌"；若是，则

根据本站的情况对该信息帧作出处理：

拒绝接收

接收、校验：

正确接收，传输无误

   传输出错，请求重发

不接收（本机忙），说明原因

ii） 对接收了的帧的处理方法：

a. 由目的结点撤消该帧，然后

若本站无信息帧发送，则把其改为"空令牌"，转发。

若本站有信息帧发送，则装入、转发忙令牌。

b. 由源结点撤消该信息帧，若源结点再无信息帧要发送时，把"忙令牌"改"空令牌"，转

发。

c.

iii） 802.5帧格式：

（令牌格式）

SD AC ED

1byte   1byte  1byte

SD：

开始定界符

AC：

访问控制

ED：

结点定界符

信息帧格式：

SD AC FC DA SA LLC FCS ED FS

FC：

帧控制字段

LLC：

DATA字段（不定长）

FCS：

循环检验码（4字节）

FS：

帧状态     00：

站不存在，目的结点地址错或未启动。

     10：

站存在，未接收该帧

     11：

站存在，已接收该帧

AC：

P P P T M R R R

    0   0  0     0  0   0

8个优先级   |   |  |     |   |   |  预约优先级

   1   1  1     1   1   1

T：

 =0，令牌       m：

监控位

=1，非令牌

  FC：

 0  1      7

    此位：

 数据帧（含有LLC内容，即DATA）

      控制帧（无LLC内容）

    剩下7位（控制帧类型标识）：

环型网络的特点：

i） 线路利用率高；

ii） 信息单方向传输，不存在竞争问题；

iii） 网络的实时性能较好，网络的最大延迟时间可以估算得到；

iv） 网络的可靠性较差（单环结构），采用双环结构可以提高可靠性；

v） 网络的传输控制较简单，但要扩充网络比较困难。

（4） 分布式网络：

 基本结构类似ARPANET网络。

 PSE（Packet Switching Equipment）

 类ARPANET中的IMP

 任一PSE至少有两条物理线路与之连接

特点：

i） 网络扩充和主机入网比较简单；

ii） 传输线路（介质）继网方式及用户入网较灵活；

iii） 网络的完整性、可靠性都比前几个网络拓朴结构好；

iv） 网络的管理和控制较复杂（流量控制，路由选择）

网络的交换技术

（1） 电路交换（Circuit Switching）

两台计算机在相互通信时，要使用一条实际的物理链路进行通信，而且不允许其它计算

机在同一时刻使用该链路。

 通信线路：

     甲    乙

物理链路（信道）：

一条线路进行复用，从而转化为多条链路。

逻辑链路

媒体（质）

i） 工作原理：

a. 电路建立：

Circuit Establishment

在两台计算机间建立物理链路连接。

由发送方发出呼叫请求，接收方应答（接收请示）

，则建立起连接。

b. 进行数据传输：

Data Transfer

传输过程中独占链路，即使数据的传输有间歇，链路有空闲。

c. 电路释放：

Disconnection

通信结束，让出链路。

ii） 特点：

a） 实时性好（由于独占信道）

b） 无缓冲且传输延迟少（在通信过程中，无须路由选择，无须存贮转发）

c） 链路（信道）独占性（因此网上经常产生"捆塞"）

d） 信道容量浪费（也由于独占信道）

e） 每个网络用户到交换机都需要一条线路，故网络的线路布线复杂

（2） 报文交换（Message Switching）

i） 所谓报文是一个信息的逻辑单位。

报头 正文 报尾

报头包括：

标题、目的地址、源地址、辅助信息

报尾包括：

结束信息（校验，应答信息）

   报文交换以存贮--转发方式进行，有路由选择，流量控制。

ii） 特点：

a. 提高了线路利用率，原因是通信双方不用独占链路

b. 可以多点发送（广播方式）

c. 不同通信速率的用户，可以进行通信（其缓冲能力）

d. 传输信息中增加了报头，报尾信息，即增加了数据传输中的开销，降低了网络的效率

e. 实时性较差，有较大的传输延迟，且延迟时间不确定

f. 交换台（PSE）必须有较大的存贮空间

g. 能建立以报文为基础的流量控制，差错控制和优先级控制

h. 出错时要重发整个报文，降低了网络效率

（3） 报文分组交换（Packet Switching）

以报文分组（packet）作为交换信息的逻辑单元，出错时，重传的是出错分组。

    报文分割（源结点）

 分组交换  分组传输

    报文分组重装（目的结点）

 报文       报文分组

分组头 正文 分组尾

Data 1

Data 2

|

Data n

   ：

     ：

   ：

     ：

分组头 正文 分组尾

数据报

报文分组传送方式     动态虚电路

     虚电路

        永久（固定）虚电路

i） 数据报传送

把独立处理的每个分组称为数据报（Datagram），它按路由选择的方式转发分组。

（与

报文交换相似）

ii） 动态虚电路（类似电路交换过程）

a. 建立虚电路连接（逻辑链路），链路不是独占的。

动态选择一条链路（abcde或ab'c'de或……）来传输，一但选定，所有的数据均一定要

在选定的链路上传输。

若某时刻选定链路没有报文分组要传输，则该链路可以用来传输

其它数据。

b. 报文分组传输：

分组就在已建立的逻辑链路上传输，中间结点不再进行路由选择。

c. 链路释放

iii） 永久虚电路：

已永久选定一条逻辑链路，其它同ii）

（多数用来传输控制报文分组如路由表更新信息）

 面向连接  电路交换

    报文分组交换中的虚电路传送

    报文分组交换中的数据报传送

 面向无连接 报文交换

网络交换技术比较：

电路交换 报文交换 数据报交换 虚电路交换

专用的传输信道，要为整个通信建立连接 非专用传输信道，通过路由选择为每个报文选

择路径 非专用传输信道，通过路由选择为每个报文选择路径 非专用传输信道，为一个

报文的所有分组建立一条逻辑信道

连续传输 报文传输 分组（数据报）传输 分组传输

对交互式对话足够快 对交互式对话太慢 足够快 足够快

不存贮报文 存贮--转发报文 存贮--转发数据报 存贮--转发分组

呼叫延迟时间为主，传输延迟可以忽略 无呼叫建立延迟，报文传输延迟为生 有建立延

迟，传输分组延迟为生 有建立延迟，也有传输延迟（无选路延迟）

传输过程无额外开销 报关，报尾造成的开销 分组头、尾开销 分组头、尾开销

无速率变化和代码转换 有速率变化和代码转换 有速率变化和代码转换 有速率变化和代

码转换

固定带宽 动态地使用带宽 动态地使用带宽 动态地使用带宽

机电式的计算机交换结点 有报文存贮能力的计算机交换结点 有报文存贮能力的计算机

交换结点 有报文存贮能力的计算机交换结点

Chapter 1作业：

1． 从计算机网络的应用角度如何定义计算机网络？

其要点是什么？

2． 什么叫计算机网络体系结构？

目前常用的网络体系结构