计算机与网络技术基础 复习资料.docx
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计算机与网络技术基础复习资料
第一章计算机网络概述
三大资源支柱:
信息、物质、能源。
计算机网络是信息高速公路的重要组成部分,信息高速公路是信息社会的基础建设,信息高速公路雏形的因特网。
一、计算机网络的发展
1、计算机网络从20世纪70年代开始发展四个阶段:
面向终端的计算机网络、计算机-计算机网络、开放式标准化网络以及因特网广泛应用和高速网络技术发展等。
1)面向终端的计算机网络(20世纪50年代初)
联机系统,就是由一台中央主计算机连接大量的地理上处于分散位置的终端。
(SAGE)
前端处理机FEP或通信控制器CCU:
专门负责与终端T之间的通信控制,从而出现了数据处理和通信控制的分工,更好地发挥了中心计算机的数据处理能力。
另外在终端比较集中的地区,设置集中器或多路复用起,从而提高了通信线路的利用率,节约了远程通信线路的投资。
2)计算机—计算机网络(20世纪60年代中期)
1969年,ARPANET是一个成功的系统,它是计算机网络技术发展中的一个里程碑。
两个著名网络体系结构:
IBM公司的SNA和DEC公司的DNA
3)开放式标准化网络
1984年,国际标准化组织ISO正式颁布了一个称为“开放系统互连基本参考模型”的国际标准ISO7498,简称OSI参考模型或OSI/RM。
OSI/RM由七层组成,所以也称OSI七层模型。
4)因特网的广泛应用与高速网络技术的发展
20世纪90年代网络技术最富有挑战性的话题是Internet与高速通信网技术、接入网、网络与信息安全技术。
宽带网络技术的发展为全球信息高速公路的建设提供了技术基础。
高速网络技术发展表现在宽带综合业务数字网B-ISDN、异步传输模式ATM、高速局域网、交换局域网与虚拟网络。
当前企业网研究与应用的热点:
Internet、Intranet、Extranet和电子商务。
2、三大网络:
电信网络、广播电视网络以及计算机网络
1)电信业务网是以电话网为基础,电话系统三个组成:
本地网络、干线、交换局。
目前电话双绞线上网的主流速率为56Kbps,其物理极限为64Kbps.
电信业务网组成:
电话交换网(PSTN),数字数据网(DDN),帧中继网(FR)、异步转移模式ATM网。
电信网提供话音服务、传真、数据通信。
2)广播电视网主要是有线电视网(CATV),靠同轴电缆传输,最终目的宽带双向的多媒体通信网。
主要业务:
广播电视传输、电视点播(VOD)或准视频点播业务(NVOD)远程电视教育、远程医疗、电视会议、电视电话、电视购物和电视商务等。
3)计算机网:
我国INTERNET的主干网是CHINANET网,CHINANET网组成:
CHINAPAC(分组交换网)、CHINADDN(数字数据网)、PSTN(电话交换网)。
3、未来网络发展趋势:
宽带网络、全光网络、多媒体网络、移动网络、下一代网络NGN
1)宽带网络可分为宽带骨干网和宽带接入网两个部分。
电信业一般认为传输速率达到2Gbps的骨干网称做快带网。
宽带接入技术基本上可分为有线接入和无线接入。
2)全光网是以光节点取代现有网络的电节点。
3)多媒体网络需要满足多媒体信息传输所需的交互性和实时性的要求。
要求表现在:
高传输带宽、不同类型的数据、有连续性与实时性、同步、多方参与通信。
4)移动计算是计算机网络和移动通信技术结合。
蜂窝式数字分组数据通信平台特点:
无线和可移动,从固定点到时速100Km/s的各种无线移动数据终端。
无线局域网:
以微波、激光、红外线等无线电波实现物理层和数据链路层功能,速率可达几十Mbps。
Adhoc网络:
是由一组用户群构成,不需要基站,没有固定路由器的移动通信模式。
支持里外联络、独立战斗群通信和舰队战斗群通信、临时通信要求和无人侦察与情报传输。
下一代网络:
是一个基于分组的核心网络。
二、计算机网络的基本概念
计算机网络是现代计算机技术和通信技术的结合产物。
1、计算机网络定义:
就是利用通信设备和线路将地理位置不同的、功能独立的多个计算机系统互连起来,以功能完善的网络软件实现网络中资源共享和信息传递的系统。
2、计算机网络组成:
资源子网和通信子网,资源子网负责信息处理,通信子网负责全网中的信息传递。
资源子网包括提供资源的主机和请求资源的终端,他们都是信息传递的源节点或宿节点,有时也统称为端节点。
通信子网主要由网络节点和通信链路组成。
根据不同的作用,网络节点可以是分组交换设备PSE、分组装配/拆卸设备PAD、集中器C、网络控制中心NCC、网间连接起G也称网关或他们的组合。
也常将网络节点统称为接口信息处理机IMP。
信息在两端节点之间传输时,可能要经过多个中间节点的转发,广域网传输方式为“存储—转发”,局域网的传输方式”广播”。
3、计算机网络功能表现在硬件资源共享、软件资源共享和用户间信息交换三个方面。
硬件资源共享:
巨型计算机、特殊功能的处理部件、激光打印机、大容量的外部存储器。
软件资源共享:
大型数据库、远程文件访问服务。
用户间信息交换:
电子邮件、发布新闻消息、电子商务。
4、计算机网络的应用包括:
办公自动化OA、远程教育、电子银行、证券及期货交易、校园网、企业网络、智能大厦和结构化综合布线系统。
三、计算机网络的分类
1、按拓扑结构类型分类:
网络拓扑是指网络形状,或者是它在物理上的连通性。
网络的拓扑结构主要有:
星型拓扑、总线拓扑、环形拓扑、树型拓扑、混合型拓扑及网形拓扑。
拓扑结构的选择往往与传输介质的选择及介质访问控制方法的确定紧密相关。
在选择网络拓扑结构时,应该考虑的主要因素有下列几点:
(1)可靠性
(2)费用(3)灵活性(4)响应时间和吞吐量
采用点—点线路的通信子网的基本拓扑结构型有4种:
星形、环形、树形、网状形。
采用广播信道通信子网的基本拓扑结构型有4种:
总线形、树形、环形、无线通信与卫星通信。
1)星形拓扑:
中央节点执行集中式通信控制策略,因此中央节点相当复杂,而各个站点的通信处理负担都很小。
优点:
(1)控制简单
(2)故障诊断和隔离容易。
(3)方便服务。
缺点:
(1)电缆长度和安装工作量客观
(2)中央节点的负担较重,容易形成“瓶颈”(3)各站点的分布处理能力较低
2)总线拓扑:
采用一个广播信道作为传播介质,所有站点都通过相应的硬件接口直接连到这一公共传输介质上,该公共传输介质即称为总线。
通常采用分布式控制策略来确定哪个站点可以发送。
优点:
(1)总线结构所需要的电缆数量少
(2)总线结构简单,又是无源工作,有较高的可靠性(3)易于扩充,增加或减少用户比较方便
缺点:
(1)总线的传输距离有限,通信范围受到限制
(2)故障诊断和隔离较困难(3)分布式协议不能保证信息的及时发送,不具有实时功能,大业务量降低了网络速度。
3)环形拓扑:
每个站点能够接收从一条链路传来的数据,并以同样的速率串行地把该数据沿环送到另一条链路上,这种链路可以是单向的,也可以是双向的。
数据以分组形式发送。
优点:
(1)电缆长度短
(2)可使用光纤(3)所有计算机都能公平地访问网络的其他部分,网络性能稳定
缺点:
(1)节点的故障会引起全网故障
(2)环节点的加入和撤出过程较复杂(3)环形拓扑结构的介质访问控制协议都采用令牌传递的方式,在负载很轻时,信道利用率相对来说就比较低
4)树形拓扑:
优点:
(1)易于扩展
(2)故障隔离较容易
缺点:
各个节点对根的依赖性太大,如果根发生故障,则全网不能正常工作。
5)混合形拓扑
优点:
(1)故障诊断和隔离较为方便
(2)易于扩展(3)安装方便
缺点:
(1)需要选用带智能的集中器
(2)像星形拓扑结构一样,集中器到各个站点的电缆安装长度会增加
6)网形拓扑:
这种结构在广域网中得到了广泛使用,优点是不受瓶颈问题和失效问题的影响。
由于节点之间有许多条路径相连,可以分为数据流的传输选择适当的路由,从而饶过失效的部件或过忙的节点。
这种结构虽然比较复杂,成本也比较高,提供上述功能的网络协议也比较复杂,但由于它的可靠性高,仍然受到用户的欢迎。
2、按交换方式来分类,计算机网络可以分为电路交换网、报文交换网和分组交换网。
电路交换网方式类似与传统的电话交换方式,用户在开始通信前,必须申请建立一条从发送端到接收端的物理信道,并且在双方通信期间始终占用该信道。
报文交换网方式的数据单元是要发送的一个完整报文,起长度并无限制。
报文交换采用存储—转发原理。
分组交换网方式也称包交换方式,都公认ARPANET是分组交换网之父。
采用分组交换方式通信前,发送端先将数据划分为一个等长的单位,这些分组逐个由各中间节点采用存储—转发方式进行传输,最终到达目的端。
分组长度有限,可以在中间节点机的内存中进行存储处理,其转发速度大大提高。
3、按网络传输技术分类:
广播方式和点对点方式。
相应的计算机网络:
广播式网络和点对点网络。
广播式网络中,发送的报文分组的目的地址可以有3类:
单播地址、多播地址和广播地址
采用分组存储转发和路由选择机制是点对点式网络与广播式网络的重要区别之一。
除了以上分类方法外,还可按所采用的传输介质分为双绞线网、同轴电缆网、光纤网、无线网;按信道的带宽分为窄宽带网和宽带网;按不同用途分为科研网、教育网、商业网、企业网等。
四.计算机网络的标准化
1、国际标准化组织(ISO):
TC97负责有关信息处理的标准。
(SC16负责高四层及整个,SC6负责低三层)
2、国际电信联盟(ITU):
前身是国际电话电报咨询委员会CCITT,负责有关通信标准的研究和制定。
3、美国国家标准局(NBS):
美国商业的一个部门。
4、美国国家标准学会(ANSI):
由制造商、用户通信公司组成的非政府组织。
5、欧洲计算机制造商协会(ECMA):
6、因特网体系结构局IAB:
负责Internet策略和标准的最后仲裁,著名因特网工程特别任务组(IETF)。
有请求评注(RFC)技术文件。
第2章计算机网络体系结构
一、网络的分层体系结构:
世界第一个网络体系结构是IBM公司于1974年得出,命名为“系统网络体系结构SNA”。
*1、什么是网络协议?
网络协议由哪三要素组成?
答:
(1)网络协议:
计算机网络中进行数据交换而建立的规则、标准或约定的集合称为网络协议。
(2)网络协议主要由三个要素组成:
1)语义:
涉及用于协调与差错处理的控制信息。
2)语法:
涉及数据及控制信息的格式、编码及信号电平等。
3)定时:
涉及速度匹配和排序等。
2、计算机网络采用分层结构的理由、层次结构的好处、层次结构的要点、层次划分的原则是什么?
答:
(1)计算机网络是一个十分复杂的系统。
将一个复杂系统分解为若干个容易处理的子系统,然后“分而治之”逐个加以解决,这种结构化设计方法是工程设计中常用的手段,。
分层就是系统分解的最好方法之一。
(2)层次结构的好处:
1)使每一层实现一种相对独立的功能。
每一层不必知道下一层是如何实现的,只要知道下一层通过层间接口提供的服务是什么及本层向上一层提供什么样的服务,就能独立地设计;
2)每一层次的功能相对简单且易于实现和维护;
3)若某一层需要作改动或被替代时,只要不去改变它和上、下层的接口服务关系,则其他层次都不受其影响。
4)有利于交流、理解和标准化。
*(3)计算机网络各层次结构模型及其协议的集合,称为网络的体系结构。
计算机网络都采用层次化的体系结构要点。
由于计算机网络涉及多个实体间的通信,其层次结构一般以垂直分层模型来表示。
这种层次结构的要点为:
1)除了在物理介质上进行的是实通信之外,其余各对等实体间进行的都是虚通信;
2)对等层的虚通信必须遵循该层的协议;
3)n层的虚通信是通过n/n+1层间接口处n-1层提供的服务以及n-1层的通信来实现的。
(4)层次结构的划分,一般要遵循以下原则:
1)每层的功能应是明确的,并且是相互独立的。
2)层间接口必须清晰,跨越接口的信息量应尽可能少。
3)层数应适中。
二、OSI/RM开放系统互连参考模型:
3、OSI的三级抽象是什么?
具体内容是什么?
答:
OSI包括了体系结构、服务定义和协议规范三级抽象。
OSI的体系结构定义了一个七层模型,用以进行进程间的通信,并作为一个框架来协调各层标准的制定;OSI的服务定义描述了各层提供的服务,以及层与层之间的抽象接口和交互用的服务原语;OSI各层的协议规范,精确地定义了应当发送何种控制信息及用何种过程来解释该控制信息。
*4、OSI/RM的结构及每一层的功能有哪些?
答:
OSI七层模型从下到上分别为物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。
(1)物理层的功能。
物理层定义了为建立、维护和拆除物理链路所需的机械的、电气的、功能的和规程的特性,其作用是使原始的数据比特流能在物理介质上传输。
具体涉及接插件的规格,“0”、“1”信号的电平表示,收发双方的协调等内容。
(2)数据链路层的功能。
在数据链路层中,比特流被组织成数据链路协议数据单元(通常称为帧),并以其为单位进行传输,帧中包含地址、控制、数据及校验码等信息。
数据链路层的主要作用是通过校验、确认和反馈重发等手段,将不可靠的物理链路改造成对网络层来说是无差错的数据链路。
(3)网络层的功能。
在网络层中,数据以网络协议数据单元(通常称为分组)为单位进行传输。
网络层关心的是通信子网的运行控制,主要解决如何使数据分组跨越通信子网从源传送到目的地的问题,这就需要在通信子网中进行路由选择。
(4)传输层的功能。
传输层是第一个端到端,也即主机—主机的层次。
传输层要处理端到端的差错控制和流量控制问题。
(5)会话层的功能。
会话层是进程—进程的层次,其主要功能是组织和同步不同主机上各种进程间的通信(也称对话)。
会话层负责在两个会话层实体之间进行对话连接的建立和拆除。
(6)表示层的功能。
表示层为上层用户提供共同的数据或信息语法表示变换。
数据压缩/恢复和加密/解密也是表示层可提供的表示转换功能。
(7)应用层的功能。
应用层是开放系统互连环境的最高层。
网络环境下不同主机间的文件传送访问和管理(FTAM)、传送标准电子邮件的文电处理系统(MHS)、使不同类型的终端和主机通过网络交互通过网络交互访问的虚拟终端协议(VTP)等都属于应用层的范畴。
5、OSI参考模型中数据的实际传递过程是什么?
答:
发送进程发送给接收进程的数据,实际上是经过发送方各层从上到下传递到物理介质;通过物理介质传输到接收方后,再经过从下到上各层的传递,最后到达接收进程。
在发送方从上到下逐层传递的过程中,每层都要加上适当的控制信息。
*6、简述面向连接服务和无连接服务的特点。
答:
(1)面向连接服务的特点:
1)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;
2)在数据传输过程中,每个分组不需要携带目的节点的地址;
3)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,但需通信开始前的连接开销,协议复杂,通信效率不高。
(2)无连接服务的特点:
1)每个分组都要携带完整的目的节点的地址,各分组在通信子网中是独立传送的;
2)无连接服务中的数据传输过程不需要经过建立连接、维护连接和释放连接3个过程;
3)无连接服务中发送的不同分组可能选择不同路径到达目的节点,先发送的不一定先到达,因此无连接服务中的目的节点接收到的数据分组可能出现乱序、重复与丢失的现象。
*7、TCP/IP协议的特点是什么?
答:
(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,更适用于互联网中。
(3)统一的网络地址分配方案,使得整个TCP/IP设备在网中都具有惟一的地址。
(4)标准化的高层协议,可以提供多种可靠的用户服务。
*8、TCP/IP参考模型可以分为哪些层次?
答:
TCP/IP参考模型分为4个层次,从上到下为:
应用层、传输层、互连层、主机—网络层。
其中应用层与OSI应用层相对应,传输层与OSI传输层相对应,互连层与OSI网络层相对应,主机—网络层与OSI数据链路层及物理层相对应。
在TCP/IP参考模型中,对OSI表示层、会话层没有对应的协议。
*9、OSI/RM与TCP/IP参考模型的比较。
答:
(1)OSI和TCP/IP参考模型有很多共同之处,两者都以协议栈的概念为基础,而且两个模型中都采用了层次结构的概念,各个层的功能也大体相似。
(2)不同之处:
①OSI模型有七层,而TCP/IP只有四层,他们都有网络层(或者称互连网层)、传输层和应用层,但其他的层并不相同。
②在于无连接的和面向连接的通信范围有所不同。
OSI模型的网络层同时支持无连接和面向连接的通信,但是传输层上只支持面向连接的通信。
TCP/IP模型的网络层只有一种模式即无连接通信,但是在传输层上同时支持两种通信模式。
10、OSI协议不能流行的原因。
答:
一是模型和协议自身的缺陷。
其会话层和表示层这两层几乎是空的,而另外的数据链路层和网络层包含内容太多,有很多的子层插入,每个子层都有不同的功能。
OSI模型以及相应的服务定义和协议都极其复杂,它们很难实现。
另一个原因是它的协议出现时机晚于TCP/IP协议。
11、TCP/IP协议簇的内容是什么?
5-7TELNETFTPSMTPDNS其它
4TCPUDP
3IPICMPARPRARP
2EthernetARPANETPDN其它
12、TCP/IP模型和协议的缺陷。
答:
首先,该模型并没有清楚地区分哪些是规范、哪些是实现,TCP/IP参考模型没有很好的做到这一点,这使得在使用新技术来设计新网络的时候,TCP/IP模型的指导意义显得不大,而且TCP/IP模型不适合于其它非TCP/IP协议簇。
其次,TCP/IP模型的主机—网络层并不是常规意义上的一层,它是定义了网络层与数据链路层的接口。
接口和层的区别是非常重要的,而TCP/IP模型却没有将它们区分开来。
第3章物理层
3.1物理层接口和协议
*1、物理层协议包括哪些内容?
答:
物理层上的协议有时也称为接口。
物理层协议规定了与建立、维持及断开物理信道有关的特性,这些特性包括机械的、电气的、功能性的和规程性的四个方面。
2、物理层的主要功能?
答:
物理层传输单位是比特,不是指具体的物理设备、传输物理介质,提供原始比特流的物理连接。
实现了比特流的透明传输,为数据链路层提供数据传输服务。
*3、DTE、DCE的定义是什么?
DTE(数据终端设备)是对属于用户所有的连网设备或工作站的统称,是通信的信源或信宿;如计算机、终端等。
DCE(数据电路终接设备或数据通信设备),是对为用户提供入网连接点的网络设备的统称。
如自动呼叫应答设备、MODEM等。
4、物理层提供哪些功能和服务?
答:
物理层的接口特性包括机械特性、电气特性、功能特性和规程特性四个方面。
(1)机械特性对插头和插座的几何尺寸、插针或插孔及其排列方式、锁定装置形式等作了详细的规定。
(2)电气特性规定了这组导线的电气连接及有关电路的特性,一般包括:
接受器和发送器电路特性的说明,表示信号状态的电压/电流电平的识别、最大数据传输速率的说明,以及互连电缆相关的规则等。
(3)功能特性规定了接口信号的来源、作用以及与其它信号之间的关系。
接口信号线按功能一般可分为数据信号线、控制信号线、定时信号线和接地线等四类。
(4)规程特性规定了使用交换电路进行数据交换的控制步骤。
5、信号线名称的命名方法有哪几种?
1)数字命名法:
ITUV.24(1XX、2XX)
2)字母组合法:
EIARS-232
3)英文缩写命名法:
EIARS-449
6、物理层接口标准的相关知识点。
*
(1)DTE与DCE接口的各根导线的电气连接的三种平衡方式:
非平衡方式、采用差动接受器的非平衡方式和平衡方式。
*
(2)EIARS-232C是由美国电子工业协会EIA颁布的,RS表示“推荐标准”,232是标识号码,C表示该推荐标准已被修改过的次数。
仍是目前最常用的计算机异步通信接口。
零调制解调器:
交叉跳接信号线方法连接电缆。
RS-232C的电气特性规定逻辑“1”电平为-15至-5伏,逻辑“0”的电平为+5至+15伏,也即RS-232采用+伏的负逻辑电平,+伏之间为过渡区域不作定义。
RS-232C功能特性定义了25芯标准连接器中的20根信号线。
(注意表3-2的记忆规律)
*(3)RS-422电气标准是平衡方式标准,它的发送器、接受器分别采用平衡发送器和差动接受器,信号电平为+6伏(+2伏过渡区域)。
由RS-423电气标准是非平衡的标准,它采用单端发送器和差动接受器,它的信号电平定义为+6伏+4伏过渡区域。
(4)100系列接口标准的机械特性采用两种规定,当传输速率为200bps~9600bps,采用25芯标准连接器;传输速率大48bps时,采用34芯标准连接器。
200系列接口标准则采用25芯标准连接器。
100系列接口标准的电气特性采用V.28和V.35两种建议。
(5)ITU对DTE-DCE的接口标准有V系列和X系列两大类建议。
V系列接口标准一般是指数据终端设备与调制解调器或网络控制器之间的接口,X系列适用与公共数据网的宅内电路终接设备和数据终端设备之间的接口。
(6)X.21和X.21bis为三种类型的服务定义了物理电路,这三种服务是租用电路服务、直接呼叫服务和设备地址呼叫服务。
(直接连接、热线、拨号)
3.2传输介质
7、比较双绞线、同轴电缆和光纤的特点。
(1)双绞线是最常用的传输介质,一般是铜质的,能提供良好的传导率。
分为无屏蔽的和屏蔽的。
电子工业协会EIA为无屏蔽双绞线订立了标准,3类线能承受16MHz,5类线能承载100MHz。
(2)同轴电缆分为基带同轴电缆(阻抗50Ώ)和宽带同轴电缆(75Ώ)。
基带同轴电缆又分为粗缆和细缆两种,都用与直接传输数字信号;宽带同轴电缆用于频分多路复用的模拟信号传输,也可用于不使用频分多路复用的高速数字信号和模拟信号传输。
(CATV电缆就是宽带同轴电缆);基带同轴电缆主要用于数字信号传输,并使用曼彻斯特编码;宽带同轴电缆既可用于模拟信号传输,又可用于数字信号传输;同轴电缆适用于点到点和多点连接。
(3)光纤由能传导光波的超细石英玻璃纤维外加保护层构成;用光纤传输信号电信号时,在发送端先要将其转换成光信号,而在接受端又要由光检测器还原成电信号;光纤用于点到点的链路;光纤通信具有损耗低、频带宽、数据传输率高、抗电磁干扰强等优点。
光源分类:
发光二极管LED、注入型激光管ILD
两种固态器件:
PIN检波器和APD检波器。
8、传输介质相关知识点。
(1)传输介质是通信网络中发送方和接受方之间的物理通路,计算机网络中采用的传输介质可分为有线和无线两大类。
三种有线传输介质:
双绞线、同轴电缆和光纤。
无线传输介质由低向高排列:
无线电通信、微波通信、红外通信以及激光通信的信息载体。
(2)传输介质的选择取决于以下因素:
网络拓扑的结构、实际需要的通信容量、可靠性要求、能承受的价格范围。
(3)传输介质的特性:
物理特性、传输特性、连通性、地理范围、抗干扰性、相对价格。
(4)多址接如的方法主要有三种:
频分多址接入FDMA、时分多址接入TDMA、码分多址接入CDMA。
(5)蜂窝移动通信网的设计,涉及参考模型的物理层、数据链路层与网络层。
(6)微波通信的载波频率为100MHz——10GHz范围。
(7)卫星通信优点:
具有通信距离费用与距离无关、覆盖面积大、不受地理条件的限制、通信信道带宽宽、可进行多址通信与移动通信的。
使用卫星通信时,需要注意到它的延时,传输延时的典型值为540毫秒。
(8)典型的低轨道卫星系统上行链路可达100Mbps、下行链路可达720Mbps.
(9)卫星移动