计算机通信网络期末考试复习提纲Word文档格式.docx
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3.网络的分类
计算机网络逻辑分类：
资源子网、通信子网
按传输距离分类：
个域网（PAN）、局域网（LAN）、家庭网（HNET）、城域网（MAN）、广域网（WAN）、互联网（Internet）、无线网。
广播通信：
由电台到用户的通信
广播式通信：
局域网、无线网和总线型网络等一类计算机网络通信模式，由多台主机共享一条信道
4.异步传输（AsynchronousTransmission）:
一次传输一个字符，每个字符之间有不确定的延时，用于网络状况较差的环境
同步传输（SynchronousTransmission）:
一次传输一个数据块，用于信道质量较好的环境
5.多路复用技术
频分多路（FDM）·
时分多路（TDM）
波分多路（WDM）（光纤）·
码分多址（CDMA）（无线）
6.无线网络（fixedwireless）:
表示接入网络无需网线
移动计算（mobilewireless）:
表示可以随处使用网络（例如酒店网线），而不是固定在某处
7.协议（Protocol）:
对等实体共同遵守的一组规则集，协议的三要素是
语法：
表达方式（PDU格式）如：
手机号码为3+8格式
语义：
表达含义（符号含义）如：
3表示区号，铃声是指提示
时序同步：
完成过程如：
网络时序图
协议约定了对等实体之间如何进行通信。
8.协议体系
计算机网络体系结构：
计算机网络各层次及其协议的集合
协议栈（ProtocolStack）：
一个特定系统所使用的一组协议、利用各层SAP产生协议间的关联组合称为协议栈。
通过SAP，在协议栈中形成了多个功能序列，为上层应用提供了多种可选通信方法。
封装（encapsulation）:
隐藏对象的属性和实现细节，仅公开接口
解封装:
去掉传输过程中额外的添加信息
协议数据单元（ProtocolDataUnit）:
对等实体之间交换数据形成，由头部（Header,本层实体的控制信息）和数据（Data）构成。
填充时从后往前填充，避免数据搬移。
注：
PDU（N）=SDU（N-1）;
SDU（N）=PDU（N+1）;
SDU+Head=PDU
本层的PDU为下层的SDU
实体（Entity）:
执行协议和完成本层功能，可由硬件、软件实现，对等实体是指不同系统同层存在通信关系的实体。
不同系统同层之间的实体如果不同心则不构成对等实体。
实体之间的通信模式：
有连接和无连接两种。
服务（Service）:
某层向其上层提供的功能集合，下层为服务提供者（ServiceProvider），上层为服务用户（ServiceUser）。
服务数据单元（SDU）构成PDU的数据字段，最终传递给对等实体
接口（Interface）:
上下层实体边界（交流地点）
服务访问点（SAP）:
n层SAP是n+1层可以访问n层服务的地方（上层访问下层）。
每个实体对自己提供的SAP进行编号以区分不同对应关系，实体通过SAP联系上层（无需知道上层是谁）
地址是同层实体之间用于区分网络设备的标示，注意区分地址和SAP的区别
WWW
FTP
SAPs
TCP
服务原语（ServicePrimitive）：
定义上层实体与下层实体的接口模型，提供上层实体使用下层服务
Req：
Request，请求
Ind：
Indication，指示
Resp：
Response，响应
Conf：
Confirm，证实
有证实服务：
要求确认
无证实服务：
不确认
面向连接的服务
建立连接->
通信->
拆除连接，可靠（不丢失不重复按序到达）
无连接服务
直接发送报文，不事先通知
实通信与虚通信
实通信：
数据在线路上的传输过程（垂直过程）
虚通信：
对等层通信，数据经由下层转交（水平过程）
下层提供给上层的功能集合（垂直）
协议（Protocol）:
对等实体之间通信共同遵守的规则集（水平）
9.OSI七层模型
Application
（Message）
（Segment）
（Packet）
（Frame）
Presentation
Session
Transport
Network
Datalink
Physical（Bit）
各层概述：
Layer
Service
Function
Protocol
Physical
传输Bit流
比特信号表示、同步、收发、通信协调、物理介质
机械特性、电气特性、功能特性、规程特性
传输帧
形成帧、差错检测、处理和流量控制
802.3
PPP
传输段
路由计算、选择、报文分段和重组、拥塞控制、网络互联和组网
IP
X.25
CLNP等
屏蔽网络层细节和差异，为上层提供服务
网络适配、网络通信的分流与复用、多个并发通信的管理、流量控制
UDP
TP4
传输层在实现端到端通信的基础上提供增强通信功能
会话管理：
决定何时何人可以通话
NFS
SQL
RPC
为应用层传输的信息提供语法语义
加密、压缩、各种数据和文字的表示、ASCII、GB103等
HTML
ASN.1
网络通信应用
10.OSI/RM网络互联
模型：
“端系统（7）-中继系统（3）-端系统（7）”
中继系统：
物理层采用中继器（RPRepeater）实现信号的再生与放大
数据链路层采用桥（Bridge）实现不同媒体的访问
网络层采用路由器（Router）实现不同网络的互联
11.TCP/IP模型
OSI
TCP/IP
Function（TCP/IP）
Link
OSI与TCP/IP的对比：
特点
OSI：
OSI更容易进行协议替换、OSI先有模型再有协议、OSI更倾向面向连接、通用性强，但是协议复杂，且忽视无连接服务和协议及计算机软件工作方式
TCP/IP：
先有协议、提供两种服务方式、实用性强，但通用性差、替换协议时产生影响较大
三、测试
1.系统具有X层结构，从最底层传出Y字节数据。
假设除了最底层外，每层需要封装M字节的Header，请计算开销比例（开销占总量的比例）。
2.假设一个报文分为10帧传输，误帧率为0.1。
分别对以下两种重传策略，计算平均传输的帧数量。
（1）接收方对每一帧进行确认，并请求重传错误帧；
（2）接收方接收完全部帧以后确认，并请求全部重发。
3.一个人的速度假设为18km/h，他身上有24GB的信息。
请问在什么距离范围内，人的数据传输速率能够超过150Mbps的WiFi网络？
4.假设某组网采用广播式，共有n台主机，每台主机在相同的时间间隔内访问信道的概率为p。
求因冲突被浪费的时间占比。
5.一幅图像的分辨率为1024×
768，每个像素3Bytes。
通过56kbps的调制解调器传输这张图像需要多长时间？
通过10Mbps的以太网呢？
6.请解释互联网和互连网的区别。
7.写出以下协议对应的网络类型。
1802.11
2802.3
●Chapter2·
物理层
1、物理层功能*P76
2、傅立叶级数与数据传输速率的限制（不要求傅立叶级数公式及推导）P72~73教案
3、奈奎斯特定理和香农公式（要求公式和计算）*P75
4、传输介质：
分类、特点（带宽、距离、应用特点等）*P75
5、电话系统：
结构：
（本地回路、交换局、干线）P100
干线上的多路复用技术（分类：
FDM、TDM、SDH等）P115~117
6、交换技术：
电路交换、分组交换（原理、特点、对比）*P123~126
7、物理层接口的基本类型及四大特性（教案）
8、计算类型：
与采样、编码有关的波特率、采样速率、数据传输速率。
与复用技术有关数据传输速率，与交换技术有关的延迟等。
1.物理层（Physical）
服务：
提供BitStream传输
协议：
物理接口四大特性①机械②电器③功能④规程特性
2.数据传输速率的傅立叶级数分析：
3.奈奎斯特（Nyquist）定律（无噪声信道）:
（单位：
bit/s）
其中，B为带宽，V为信号电平级数量（如果是二进制信号，则V=2，log2V表示一个信号变化可以表示多少位数据的变化）。
可以通过提高编码效率，在有限的带宽中多传数据，以提高数据传输速率。
4.香农（Shannon）定理（随机噪声信道）
其中，S/N为SNR（信噪比）。
要提高信道速率，在无噪声信道中不能无限制增加信号数量（接收方难以区别细微差别信号），在有噪声信道中不能无限制增加带宽（噪声能量与信道带宽成正比）。
由上可以得到数据在信道的传输速率受
带宽
编码效率
SNR
的影响。
5.物理层参数：
BitRate（比特速率）
TransmissionTime（传输时间）:
从开始发送到发送完毕的时间。
（将Nbit送上信道所需的时间）
设传输速率为R，则传输时间：
TransmissionDelay（传播延迟）：
从开始发送到开始接收的时间。
信号在信道上的传输时间
设信道长D，信号传播速度为V，则
从开始传输到接收完毕所花的时间为
图解法示意如下：
BitErrorRate（误比特率BER）：
bit出错的概率
6.传输介质
双绞线：
一股四对八根，一对线单向信道，两对线双向传输，分为UTP和STP（屏蔽双绞线，外加金属抗干扰），特征抗阻100Ω，传输距离<
100m，成本低且安装维护简单，多用于星型组网。
典型带宽与传输速率：
1类STP：
10M/100M以太网；
3类UTP：
10Mbps；
5类UTP：
10M/100Mbps
同轴电缆：
成本低，安装维护难
基带同轴电缆：
50Ω，典型带宽：
10Mbps，传输距离500m~2km
宽带同轴电缆：
75Ω，典型带宽：
几十Mbps，传输距离几十km
光纤（单向）：
单模光纤速率高、传播远（10Gbps，100km）
多模光纤速率低、传播近（100Mbps，2km）
光纤传输速率受光电转换频率的限制。
光纤常用于骨干网或无源星型
无线传输：
可移动、低成本
7.传输体制（TransmissionScheme）
全双工（FullDuplex）、半双工（HalfDuplex）、单工（Simplex）
同步传输（SynchronousTransmission）：
Bit数据以均匀时间间隔T传播，持续不断，特点：
高速、稳定传播，需要独立时钟保持收发同步，多用于传输系统、PSTN（电话系统）、SDH（同步数字体系）。
异步传输（AsynchronousTransmission）：
字节为单位传输，字节间隔长度可变，特点：
不需要专门的时钟电路、低速，多用于计算机直连、外设连接、低速短距传输
块传输（BlockTransmission）：
以数据块为单位传输，块长度不定，相当于增强型异步传输，传输速率高。
多用于以太网信道。
8.电话系统（PSTN）
传输特点：
误码率高
本地回路：
从用户到交换端局之间。
传输损害：
衰减、噪声、延时变形、回声（回声抑制[半双工]和回声消除[全双工]）；
电话信道：
带宽300Hz~3400Hz，数据传输通过调制解调，传输速率56k/33.6kbps
调制解调：
数模转换器接口RS-232-C（20kbps，15m），RS-449-A（2Mbps，60m）
用户数字线ADSL：
将数据信号与语音信号分离，调制技术采用DMT（离散多音频调制技术），将信道划分为32kHz宽度的很多子信道。
频谱划分：
0~4kHz语音信号，25kHz~140kHz上行信号和140kHz~1140kHz下行信号。
ADSL特点：
数话同传、上下行不对称、速率可调、速率较高
干线（多路复用技术）
交换技术：
电路交换、分组交换、交换机
SONET（同步光纤网络）多路复用
SDH（同步数字系列）线路复用
（*其余详细内容格式不便移植，查看PPT59~81页*）
9.接口规范：
接口特性：
特性
接口
RS232-C
低速短距
速度/距离
115.2Kbps/15m
应用
异步传输
机械特性
EIA574（9Pins）
EIA232（25Pins）
电气特性
-3V~-25V为逻辑“1”
功能特性
设备接口
DTE（用户）
DCE（网络）
规程特性
通信过程：
准备：
DTR、DSR=1
请求/指示
RTS=1：
请求
CTS=1：
允许
发送/接收
RJ45：
10Mbps~10Gbps、100m、全双工块传输
V.35：
2.048Mbps、15m、全双工
G.703:
2.048Mbps、1.5km、全双工
Fiber：
单模-10Gbps、100km、全双工同步传输
多模-100Mbps、2km、全双工同步传输
1.
（1）电视信道带宽6MHz。
如果使用4级数字信号，每秒可以发送几个bit？
假设电视信号没有噪声
（2）假设在一条3kHz的信道上发送一个二进制信号，该信道的信噪比为20dB，最大传输速率是多大？
2.有10个信号，每个需要4000Hz带宽，现在用FDM将它们复用在一条信道上。
求该信道的最小带宽。
假设保护带宽为400Hz。
3.比较在一个电路交换网络和一个负载较轻的包交换网络中，沿着k跳路径发送一个x位长度的消息延迟。
假设电路建立时间为s秒，每一跳的传播延迟为d，数据包的大小为p位，数据传输率为bbps。
在什么条件下数据包网络延迟较小？
4.一个有线电视公司决定为一个有5000住户的小区提供Internet接入服务。
该公司使用一根同轴电缆，它的频谱分配方案允许每根电缆有100Mbps的下行带宽。
为吸引客户，公司决定在任何时候都保证每个用户至少有2Mbps的下行宽带。
如何实现？
5.从协议的要素出发，对应物理层规范的四大特性。
6.设无线信道误码率为5×
10-5，信道速率为54Mbps，出现比特错误的平均时间间隔为多少？
7.以太网标准中，典型数传速率为100Mbps，使用块传输（同步传输），一次连续传输一块数据，一块数据最大为1500字节，最小为64字节，块与块之间的间隔最小为传输960bit的时间，那么这个信道上的最大有效传输速率是多少，最大帧速率是多少（每秒钟最多的块数）
●Chapter3·
介质访问控制子层（MAC）
1、介质访问子层的功能*
广播式信道P208
广播信道的分配：
静态分配、动态分配P208~209
2、竞争式协议的原理和特点P212~218
3、竞争协议、无冲突协议、有限竞争协议
竞争协议和无冲突协议的比较（高负载、低负载）P220
有限竞争协议的思想P220
4、桥、交换机的基本工作原理
二、术语与定义
1.介质访问控制子层（MediaAccessControl）是数据链路层的底层，功能是控制广播信道分配，指定数据收发规则。
2.静态分配（多路复用技术）：
将广播信道分为多个信道，并将这些信道分配给多个用户。
静态分配存在较大延迟和较多的资源浪费，且多路访问困难。
FDMBand{f_1,f_2,…,f_N}，子频段速率r=R/N，全时工作
TDMT{T_1,T_2,…,T_N}，时隙平均速率r=R/N，分时工作
静态分配的三个巨大问题：
传输性能：
传输利用率低
延迟：
设信道容量为C，帧到达率为λ，帧长为1/μ位（服务率为μC），则平均延时为
而划分N个子信道后，延迟为原来的N倍：
多路访问难以实现（不能指定接收目的）
3.动态分配：
假设站点流量独立（IndependentTraffic，即一次发送一帧直至发送结束）、单信道（SingleChannel）、冲突可检测（ObservableCollision，所有站都能检测信道信号是否冲突）、时间连续或分槽（ContinuousorSlottedTime）、载波侦听或不听（CarrierSenseorNoCarrierSense，站点可以检查信道状态），动态分配可以利用广播共享信道的特点：
一发多收，无需频道转换，且对猝发性适应力强，但是需要解决冲突问题，可以通过以下方法：
竞争信道（无序抢占，允许冲突）
有序访问（有序使用）
有限竞争（轻负载-无序，重负载-有序）
4.多路访问信道协议——竞争访问信道协议
PUREALOHA
规程
发送：
任何时刻有数据时立刻发送数据、启动定时、等待确认（否则重发或丢弃报文）
接收：
接收方接收到报文，校验并返回确认
问题：
冲突严重（发送随意、不监听信道）
性能：
按照PPT21页的说明，PUREALOHA的吞吐率为
其中，G~λt为负载，即在时间T内需要传输的总帧数。
SlottedALOHA
将信道的使用分为离散的时槽，发送帧只能在时槽起始处进行，冲突要么不发生，要么重叠。
CMSA（载波侦听多路访问）
在发送帧前检查信道状态。
如果线路空闲则立即发送，如果线路忙则等待。
CMSA使冲突的概率明显下降。
假设数据传输速率为10Mbps，平均帧长为12kb，距离为1km，则冲突时间
（注：
CMSA的冲突延时为传播延时）
11-坚持CMSA：
监听信道，一旦空闲立即发送，如果多个信道则必然发生冲突；
2P-坚持CMSA：
监听信道，信道空闲时以p的概率发送或以（1-p）的概率随机延时后发送；
30-坚持CMSA：
监听信道，信道空闲后进行随机延时后发送；
几种协议的效率如下：
CMSA/CD：
CMSA协议冲突发生后会继续发送。
CMSA/CD一旦发生冲突，立即停止发送，以避免信道浪费。
（CD：
CollisionDetect）
检测方法：
冲突时，信号电平因叠加变高（电平检测），或集线器上有两个以上端口活动（逻辑检测）。
若传输延迟为t，则发送经过2t后不必再进行冲突检测。
5.多路访问协议——无冲突协议
设：
数据长度为d，每一帧额外开销为N
预订协议：
先申请信道，然后按序访问（基本位图法）
信道利用率：
自定协议：
利用站点自带信息决定使用信道的顺序（二进制地址倒计数法）
特定信息指挥：
由监控站指定站发送令牌，有令牌才能发送，令牌沿环传递
6.多路访问协议——有限竞争协议
轻负载时，竞争协议具有低延迟的优点，而重负载时，无竞争协议具有较高的信道利用率，于是产生了有限竞争协议：
给分组，组间采用竞争协议，组内采用无冲突协议，轻载时增加组成员数量，重载时增加组数量
7.共享式以太网：
采用集线器（Hub，物理层设备），一个集线器连接所有站点，采用共享电缆，多个站点同时发送就会产生冲突
8.交换式以太网：
采用交换机（Switch，数据链路层设备），交换机仅仅把数据放至目的站所在的端口，提供独享信道，多站同时发送时，只要目的不同就不会冲突
共享式和交换式以太网可以结合使用。
9.网桥：
用于局域网之间的互连，工作于数据链路层，采用存储转发技术，接收局域网上的所有帧，并按地址转发。
不同LAN之间可能会进行协议转换。
核心技术：
存储转发，便于速率匹配、协议或信号转换
按址转发，只转发跨LAN数据，实现网间隔离，允许多端口同时收发，而集线器不允许多个端口同时转发，且一个端口收到数据要向所有端口发送
协议转换
常用的网桥技术：
透明网桥（TransparentBridge）：
收集所有数据帧，根据MAC地址查表转发。
地址表维护方式有逆向学习法、生成树算法。
逆向学习法通过接收帧掌握站点信息，生成树法在反向地址学习中形成环路时裁剪分支破坏环路。
注意：
网桥接收所有的数据－－透明性
用户站点并不知道网桥的存在，因此以为目的站是直接相连的。
网桥对未知目的地数据采用扩散方式，一定要送到目的。
对于广播帧，网桥要将其转发到各个端口
（注意与路由器相比）
网桥隔离了冲突域
存储转发的机制使桥两端可以同时有数据在线
（注意与集线器相对比）
无论如何，网桥在数据链路层互连，其结果就是实现所有的站点“直接相连”。
其互连规模有限，隔离性也有限
10.交换机：
全硬件实现网桥的功能（生成树除外），交换机在相同类型的LAN下交换数据，交换机采用部分存储转发形式，只存储目的地址后即开始转发。
1.写出介质访问控制子层的主要功能。
2.求经典10Mbps以太网的波特率。
3.N个站共享一个56kbps的纯ALOHA信道，每个站平均每100秒输出一个1000位长的帧，既是前面的帧还没有被发送出去。
求N的最大值。
4.一群ALOHA用户每秒钟产生50个请求，包括原始请求和重传请求。
时间槽单位为40ms。
求：
（1）第一次发送成功的机会
（2）恰好k次冲突后发送成功的概率
（3）传输次数的期望
●Chapter4·
数据链路层
1、链路层功能：
*
对象：
直接相连的机器之间P154
功能：
成帧、差错控制、流量控制、链路管理P154~161
三种服务：
无确认无连接、有确认无连接、有确认面向
升级会员 