计算机网络学习报告.docx
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计算机网络学习报告
计算机网络技术报告
一、计算机网络在信息时代的作用
21世纪的一些重要特征就是数字化、网络化和信息化，它是一个以网络为核心的信息时代。
网络现在已经成为信息社会的命脉和发展知识经济的重要基础。
这里的网络是指“三网”，即电信网络、有线电视网络和计算机网络。
其中发展最快并起到核心作用的是计算机网络。
计算机网络向用户提供的最重要的两个功能即是：
连通性和共享。
计算机网络也是向广大用户提供休闲娱乐的场所。
如：
各种音频和视频节目、网上聊天以及各种网络游戏。
凡事有利必有弊，计算机网络也给人们带来了一些负面的影响。
利用网络传播计算机病毒，利用计算机网络窃取国家机密和盗取银行或储户的钱财，还有网上欺诈、在网上肆意散播不良言论、视频以及青少年沉迷网络游戏，等等。
虽然如此，计算机网络的负面影响还是次要的，其带给社会的积极作用依然是占主导地位的。
二、《计算机网络》课程主要内容小结
（一）、物理层
物理层的主要任务可描述为确定与传输媒体的接口有关的一些特性：
（1）、机械特性：
之名接口所用接线器的形状和尺寸、引脚数目和排列、固定和锁定装置等等。
（2）、电气特性：
指明在接口电缆的各条线上出现的电压的范围。
（3）、功能特性：
指明某条线上出现的某一电平的电压表示何种意义。
（4）、过程特性：
指明对于不同功能的各种可能时间的出现顺序。
1、物理层下的传输媒体
传输媒体也称为传输介质或传输媒介，它就是数据传输系统中在发送器和接收器之间的物理通路。
可分为：
（1）、导向传输媒体：
双绞线、同轴光缆和光缆。
（2）、非导向传输媒体
2、信道复用技术
复用是通信技术中的基本概念。
（1）、频分复用FDM
用户在分配到一定的频带后，在通信过程中自始至终都占用这个频带。
频分复用的所有用户在同样的时间占用不同的带宽资源。
（2）、时分复用TDM
时分复用是将时间划分为一段段等长的时分复用帧（TDM帧）。
时分复用的所有用户是在不同的时间占用同样的频带宽度。
以上两种复用方法的优点是技术比较成熟，缺点是不够灵活。
时分复用更有利于数字信号的传输。
（3）、统计时分复用STDM
统计时分复用是一种改进的时分复用，它能明显地提高信道的利用率。
统计时分复用可以提高线路的利用率。
（4）、波分复用WDM
波分复用就是光的频分复用。
光纤技术的应用使得数据的传输荼毒空前提高。
（5）、码分复用CDM
码分复用是另一种共享信道的方法。
由于各用户使用经过特殊挑选的不同码型，因此各用户之间不会造成干扰。
这种系统发送的信号有很强的抗干扰能力，其频谱类似于白噪声，不易被敌人发现。
CDMA系统的一个重要特点就是这种体制给每一个站分配的码片序列不仅必须各不相同，并且还必须互相正交。
3、数字传输系统
（1）、脉码调制PCM体制
缺点：
速率标准不统一、不是同步传输。
（2）、同步光纤网SONET和同步数字系列SDH
SONET层次：
光子层、段层、线路层、路径层
4、宽带接入技术
（1）、xDSL技术
xDSL技术就是用数字技术对现有的模拟电话用户线进行改造，使它能够承载宽带业务。
xDSL技术就把0~4kHz低端频谱留给传统电话使用，而把原来没有被利用的高端频谱留给用户上网使用。
（2）、光纤同轴混合网（HFC网）
HFC网是在目前覆盖面很广的有线电视网CATV的基础上开发的一种居民宽带接入网。
（3）、FTTx技术
FTTx（光纤到……）也是一种实现宽带居民接入网的方案。
这里字母x课代表不同的意思。
光纤到户FTTH、光纤到大楼FTTB、光纤到路边FTTC……
（二）、数据链路层
数据链路层使用信道主要有两种类型：
点对点信道、广播信道。
1、点对点协议PPP
PPP协议就是用户计算机和ISP进行通信时所使用的数据链路层协议。
（1）、PPP协议应满足的需求
简单、封装成帧、透明性、多种网络层协议、多种类型链路、差错检测、检测连接状态、最大传送单元、网络层地址协商、数据压缩协商
（2）、PPP协议不需要的功能
纠错、流量控制、序号、多点线路、半双工或单工链路
（3）、PPP协议的组成
一个将IP数据报封装到串行链路的方法、一个用来建立、配置和测试数据链路连接的链路控制协议LCP、一套网络控制协议NCP，其中的每一个协议支持不同的网络层协议。
2、使用广播信道的数据链路层
（1）、局域网的数据链路层
局域网最主要的特点是：
网络为一个单位所拥有，且地理范围和站点数目均有限。
局域网的主要优点：
具有广播功能，可从一个站点很方便地访问全网；便于系统的扩展和逐渐地演变，各设备的位置可灵活调整和改变；提高了系统的可靠性、可用性和生存性。
共享信道的方法为静态划分信道和动态接入控制。
其中第二种方法又分为随机接入和受控接入两类。
其中属于随机接入的以太网将重点讨论：
a、以太网的两个标准
为使数据链路层能更好地适应多种局域网标准，IEEE802委员会就把局域网的数据链路层拆成两个子层，即逻辑链路控制LLC子层和媒体接入控制MAC子层。
b、适配器的作用
计算机与外界局域网的连接是通过通信适配器。
（2）、CSMA/CD协议
为通信简便，以太网采用了两种措施：
第一，采用较为灵活的无连接的工作方式，即不必先建立连接就可以直接发送数据。
第二，以太网发送的数据都使用曼彻斯特编码的信号。
以太网采用的协调方法，CSMA/CD协议，它是载波监听多点接入/碰撞检测。
其要点如下：
“多点接入”说明这是总线型网络，许多计算机以多点接入的方式连接在一根总线上。
“载波监听”即每一个站在发送数据之前先要检测一下总线上是否有其他站在发送数据，如果有，则暂时不发送数据，要等待信道变为空闲时再发送。
“碰撞检测”即适配器边发送数据边检测信道上的信号电压的变化情况，以便判断自己发送数据时其他站是否也在发送数据。
3、使用广播信道的以太网
这种以太网采用星形拓扑，在星形的中心则增加了一种可靠性非常高的设备，叫做集线器。
集线器的特点如下：
第一，集线器是使用电子器件来模拟实际电缆线的工作，因此整个系统仍然像一个传统的以太网那样运行。
第二，使用集线器的以太网在逻辑上仍是一个总线网，各工作站使用的还是CSMA/CD协议，并共享逻辑上的总线。
第三，集线器很像一个多接口的转发器，工作在物理层。
理想情况下极限信道利用率Smax为：
4、扩展的以太网
（1）、在物理层扩展以太网
扩展主机和集线器之间的距离的一种简答方法就是使用光纤和一对光纤调制解调器。
光纤调制解调器的作用就是进行电信号和光信号的转换。
（2）、在数据链路层扩展以太网
在数据链路层扩展以太网要使用网桥。
使用网桥的好处为：
a、过滤通信量，增大吞吐量。
b、扩大了物理范围。
c、提高了可靠性。
d、可互连不通的物理层、不同的MAC子层和不同速率的以太网。
网桥的缺点有：
a、由于网桥最存储的帧要先存储和查找转发表，然后才转发，而转发之前，还必须执行CSMA/CD算法，这就增加了时延。
b、在MAC子层并没有流量控制功能。
c、网桥只适用于用户数不太多（不超过几百个）和通信量不太大的以太网，否则有时还会因传播过多的广播信息而产生网络拥塞。
这就是所谓的广播风暴。
目前使用的最多的为透明网桥。
另外还有源路由网桥、多接口网桥等等。
5、高速以太网
速率达到或超过100Mb/s的以太网称为高速以太网。
（1）、100BASE-T以太网
100BASE-T是在双绞线上传送100Mb/s基带信号的星型拓扑以太网，仍使用IEEE802.3的CSMA/CD协议，又称为快速以太网。
（2）、吉比特以太网
吉比特以太网的标准IEEE802.3z的特点：
允许在1Gb/s下全双工和半双工两种方式工作。
；使用IEEE802.3协议规定的帧格式；在半双工方式下使用CSMA/CD协议（全双工方式不需要使用CSMA/CD协议）；与10BASE-T和100BASE-T技术向后兼容。
吉比特以太网的物理层有以下两个标准：
1000BASE-X（IEEE802.3z标准）以及1000BASE-T（802.3ab标准）
（3）、10吉比特以太网
10GE有两种不同的物理层：
局域网物理层LANPHY、可选的广域网物理层WANPHY
10GE的出现，实现了端到端的以太网传输。
以太网从10Mb/s到10Gb/s的演进证明了以太网是：
可扩展的；灵活的；易于安装；稳健性好。
（三）、网络层
网络层向上只提供简单灵活的、无连接的、尽最大努力交付的数据报服务。
网络层不提供服务质量的承诺。
1、网络协议IP
（1）、虚拟互联网络
所谓虚拟互联网络也就是逻辑互联网络，它的意思就是互联起来的各种物理网络的异构性本来是客观存在的，但是我们利用IP协议就可以使这些性能各异的网络在网络层上看起来好像是一个统一的网络。
这种使用IP协议的虚拟互联网络可简称为IP网。
使用IP网的好处是：
当IP网上的主机进行通信时，就好像在一个单个网络上通信一样，而看不见互联的各网络的具体异构细节。
（2）、IP地址
整个因特网就是一个单一的、抽象的网络。
IP地址就是给因特网上的每一个主机（或路由器）的每一个接口分配一个在全世界范围是唯一的32位的标识符。
IP地址现在是由因特网名字与号码指派公司ICANN进行分配。
IP地址的一些重要特点：
a、IP地址是一种分等级的地址结构。
b、实际上IP地址时标志一个主机（或路由器）和一条链路的接口。
c、用转发器或网桥连接起来的若干个局域网仍为一个网络，因此这些局域网都具有相同的网络号net-id。
d、在IP地址中，所有分配到网络号的网络（不管是范围很小的局域网，还是可能覆盖很大地理范围的广域网）都是平等的。
（3）、IP地址与硬件地址
从层次的角度看，物理地址是数据链路层和物理层使用的地址，IP地址是网络层和以上各层使用的地址，是一种逻辑地址。
IP地址放在IP数据报的首部，而硬件地址则放在MAC帧的首部。
在网络层和网络层以上使用的是IP地址，而数据链路层及以下使用的是硬件地址。
IP地址与硬件地址的区别：
a、在IP层抽象的互联网上只能看到IP数据报。
b、虽然在IP数据报首部有源站IP地址，但路由器只根据目的站的IP地址的网络号进行路由选择。
c、在局域网的链路层，只能看见MAC帧。
d、尽管互联在一起的网络的硬件体系各不相同，但IP层抽象的互联网却屏蔽了下层这些很复杂的细节。
只要我们在网络层上讨论问题，就能够使用统一的、抽象的IP地址研究主机和主机或路由与路由之间的通信。
（4）、地址解析协议ARP与逆地址解析协议RARP
ARP是解决同一个局域网上的主机或路由器的IP地址和硬件地址的映射问题。
逆地址解析协议RARP使只知道自己硬件地址的主机能够知道其IP地址。
2、划分子网
（1）、IP地址的不合理之处：
第一：
IP空间的利用率有时很低；
第二，给每一个物理网络分配一个网络号会使路由表变得太大因而是网络性能变坏；
第三，两级IP地址不够灵活。
（2）、划分子网的方法
a、一个拥有许多物理网络的单位，可将所属的物理网络划分为若干个子网；
b、划分子网的方法是从网络的主机号借用若干位作为子网号subnet-id，当然主机号也减少了同样的位数；
c、凡是从其他网络发送给本单位某个主机的IP数据报，仍然是根据IP数据报的目的网络号找到连接在本单位网络上的路由器。
子网掩码是一个网络或一个子网的重要属性。
（3）、无分类编址CIDR（构造超网）
1987年，RFC1009就指明了在一个划分子网的网络中可同时使用几个不同的子网掩码。
使用变长子网掩码VLSM可进一步提高IP地址资源的利用率。
在VLSM的基础上又进一步研究出无分类编址方法，它的正式名字是无分类域间路由选择CIDR。
CIDR最主要的特点有以下两个：
a、CIDR消除了传统的A类、B类和C类地址以及划分子网的概念。
b、CIDR把网络前缀都相同的连续IP地址组成一个“CIDR地址块”。
（4）国际控制报文协议ICMP
为了提高IP数据报交付成功的机会，在网际层使用了网际控制报文协议ICMP。
ICMP允许主机或路由器报告差错情况和提供有关异常情况的报告。
ICMP不是高层协议，而是IP层的协议。
ICMP报文作为IP层数据报的数据，加上数据报的首部，组成IP数据报发送出去。
（四）、运输层
从通信和信息处理的角度看，运输层向它上面的应用层提供通信服务，它属于面向通信部分的最高层，同时也是用户功能中的最低层。
1、用户数据报协议UDP
UDP的主要特点是：
（1）、UDP是无连接的；
（2）、UDP使用尽最大努力交付；
（3）、UDP是面向报文的；
（4）、UDP没有拥塞控制；
（5）、UDP支持一对一、一对多、多对一和多对多的交互通信；
（6）、UDP的首部开销小。
2、传输控制协议TCP
TCP最主要的特点：
（1）、TCP是面向连接的运输层协议；
（2）、每一条TCP连接只能有两个端点，每一条TCP连接只能是点对点的；
（3）、TCP提供可靠交付的服务；
（4）、TCP提供全双工通信；
（5）、面向字节流。
3、TCP可靠传输的实现
TCP连接的每一端都必须设有两个窗口：
一个发送窗口和一个接收窗口。
TCP的可靠传输机制用字节的序号进行控制。
TCP所有的确认都是基于序号而不是基于报文段。
TCP两端的四个窗口经常处于动态变化之中。
TCP连接的往返时间RTT也不是固定不变的。
需要使用特定的算法估算较为合理的重传时间。
4、TCP的流量控制
流量控制（flowcontrol）就是让发送方的发送速率不要太快，既要让接收方来得及接收，也不要使网络发生拥塞。
5、TCP的拥塞控制
拥塞控制就是防止过多的数据注入到网络中，这样可以使网络中的路由器或链路不至过载。
拥塞控制所要做的都有一个前提，就是网络能够承受现有的网络负荷。
拥塞控制是一个全局性的过程，涉及到所有的主机、所有的路由器，以及与降低网络传输性能有关的所有因素。
（五）、应用层
1、域名系统DNS
域名系统DNS是因特网使用的命名系统，用来把便于人们使用的机器名字转化为IP地址。
顶级域名的类别：
（1）、国家顶级域名nTLD
（2）、通用顶级域名gTLD
（3）、基础结构域名apra
域名服务器的类别：
（1）、根域名服务器
（2）、顶级域名服务器
（3）、权限域名服务器
（4）、本地域名服务器
2、文件传送协议
（1）、文件传送协议FTP
FTP是因特网上使用得最广泛的文件传送协议。
提供交互式的访问，允许客户指明文件的类型与格式，并允许文件具有存取权限。
FTP屏蔽了各计算机系统的细节，因而适合于在异构网络中任意计算机之间传送文件。
RFC959很早就成为了因特网的正式标准。
（2）、简单文件传送协议TFTP
使用客户服务器方式和使用UDP数据报，因此TFTP需要有自己的差错改正措施。
TFTP只支持文件传输而不支持交互。
TFTP没有一个庞大的命令集，没有列目录的功能，也不能对用户进行身份鉴别。
3、远程终端协议TELNET
TELNET能将用户的击键传到远地主机，同时也能将远地主机的输出通过TCP连接返回到用户屏幕。
这种服务是透明的，因为用户感觉到好像键盘和显示器是直接连在远地主机上。
4、万维网WWW
万维网是一个大规模的、联机式的信息储藏所。
维网以客户服务器方式工作。
浏览器就是在用户计算机上的万维网客户程序。
万维网文档所驻留的计算机则运行服务器程序，因此这个计算机也称为万维网服务器。
客户程序向服务器程序发出请求，服务器程序向客户程序送回客户所要的万维网文档。
在一个客户程序主窗口上显示出的万维网文档称为页面。
（1）、超文本传送协议HTTP
从层次的角度看，HTTP是面向事务的应用层协议，它是万维网上能够可靠地交换文件（包括文本、声音、图像等各种多媒体文件）的重要基础。
（2）、万维网的文档
a、超文本标记语言HTML
b、动态万维网文档
c、活动万维网文档
5、电子邮件
电子邮件是因特网上使用得最多的和最受用户欢迎的一种应用。
（1）、简单邮件传送协议SMTP
特点如下：
连接建立；邮件传送；连接释放；
缺点如下：
SMTP不能传送可执行文件或其他的二进制对象；SMTP限于传送7位的ASCⅡ码；SMTP服务器会拒绝超过一定长度的邮件；某些SMTP的实现并没有完全按照SMTP的因特网标准。
（2）邮件读取协议POP3和IMAP
邮局协议POP是一个非常简单、但功能有限的邮件读取协议，现在使用的是它的第三个版本POP3。
IMAP是一个联机协议。
当用户PC机上的IMAP客户程序打开IMAP服务器的邮箱时，用户就可看到邮件的首部。
若用户需要打开某个邮件，则该邮件才传到用户的计算机上。
三、目前最新的计算机网络技术—无线局域网络（WLAN）
无线局域网络（WirelessLocalAreaNetworks；WLAN）是相当便利的数据传输系统，它利用射频（RadioFrequency；RF）的技术，取代旧式碍手碍脚的双绞铜线（Coaxial）所构成的局域网络，使得无线局域网络能利用简单的存取架构让用户透过它，达到“信息随身化、便利走天下”的理想境界。
WLAN的组成：
硬件结构上:
WLAN是在有线局域网基础上通过无线集线器（HUB）、无线访问节点（AP）、无线网桥、无线网卡和计算机等设备使无线通信得以实现。
体系结构上:
采用单元结构,整个系统被分割成许多单元,每个单元称为基本服务集BSS（BasicSer2viceSet）,BSS的组成有三种方式:
集中控制式,每个BSS由一个中心站控制,网中的终端在该中心站的协调下与其他终端通信,在这种方式下需使用比较昂贵的中心站,但BSS区域较大。
分布对等式,BSS中任意两个终端可直接通信,无需中心转接站,这种方式结构简单,使用方便,但BSS区域较小。
三是以上两种方式的组合。
WLAN的协议标准大致可以分为两大发展方向：
以高速传输应用发展为主（IEEE802.11b、IEEE802.11a）；以低速短距离的应用为主（蓝牙和HomeRF）。
（一）、WLAN的原理
一个WLAN可由一个基本服务区（BSA）组成,一个BSA通常包含若干个单元,这些单元通过AP与某骨干网相连,骨干网可是有线网,也可是无线网。
下面以最广泛使用的无线网卡为例介绍WLAN的工作原理。
无线网卡主要包括NIC（网卡）单元、扩频通信机和天线3个组成功能块。
NIC单元属于数据链路层,由它负责建立主机与物理层之间的连接。
扩频通信机与物理层建立了对应关系,实现无线电信号的接收与发射。
当计算机要接收信息时,扩频通信机通过网络天线接收信息,并对该信息进行处理,判断是否要发给NIC单元,如是则将信息帧上交给NIC单元,否则丢弃掉。
如果扩频通信机发现接收到的信号有错,则通过天线发送给对方一个出错信息,通知发送端重新发送此信息帧。
当计算机要发送信息时,主机先将待发送的信息传给NIC单元,由NIC单元首先监测信道是否空闲,若空便立即发送,否则暂不发送,并继续监测。
由此看出,WLAN的工作方式与由IEEE802.3定义的有线网的CSMA/CD（载体监听多路访问/冲突检测）工作方式很相似。
WLAN属于一种短距离无线通信技术,它是以无线信道为传输媒介构成的计算机局域网络,通过红外线、无线电波等在空中传输数据、话音和视频信号。
无线信道传播是WLAN与有线局域网的最大差别,在无线信道中,发射机和接受机间的传播路径可能是两点间的视线距离,也可能有山脉、建筑物和各种植被等障碍物,无线信道中对电波起重要作用的各种反射、衍射和散射体可能是不断运动的,这样的无线信道与固有信道有非常显著的差异,它是随机的不可预测的,此外还有由于接收天线和发射天线间的相对运动引起的Doppler频移,其大小与相对运动速度和运动方向及载波频率有关（fd=（Vcosθ）/λ）。
这样无线信道对于系统的性能就有非常重要的影响:
无线信道中多径传播会造成衰落效应;电磁波的反射、衍射和散射对于电磁波能量的传播也起着重要的作用,同时也是产生无线信道衰落现象的最根本原因。
因此,电磁波在无线信道中影响其能量传播衰落的因素有:
传播形式;移动点和信道中障碍物的移动速度;多径传播。
（二）、WLAN工程实施
WLAN工程实施会根据不同设计模式进行：
1、室内单网热点覆盖
室内单网热点覆盖主要是有针对性的以房间区域为单位进行覆盖。
在此类工程中，设计目标是提高WLAN系统的整体吞吐量，保障热点区域内的用户拥有较高的网络带宽。
根据设计目标，单个AP的覆盖范围（蜂窝半径）将被缩小，以确保AP的接入带宽。
这意味着每个热点区域将会至少被部署一个AP。
AP通常会被直接部署在热点区域。
2、室内多网融合覆盖
室内多网融合覆盖主要是面向以楼层区域为单位进行的覆盖。
在此类工程中，设计目标是以较为经济的方式提高WLAN系统的整体覆盖范围。
根据设计目标，单个AP的覆盖范围（蜂窝半径）将被扩大，以确保AP的覆盖范围。
少量AP通过共享其他通信网的天馈系统，是大幅度提高WLAN覆盖范围的同时最为经济的方式。
AP通常会被部署在楼层的弱电间或弱电井内。
3、室外区域覆盖
室外区域覆盖主要是面向建筑物外部较为开放的区域进行覆盖。
在此类工程中，设计目标是提高WLAN系统的整体覆盖效果。
根据设计目标，单个AP的覆盖范围（蜂窝半径）将被扩大，以确保AP的覆盖范围。
同时将灵活搭配不同类型的WLAN专用室外高增益天线，以确保覆盖效果。
AP通常会被部署在室外天线附近的设备箱内。
4、室外远程连接
室外远程连接主要是将地理上分散的，需要警醒网络通信的区域进行连接。
在此类工程中，设计目标是提高无线连接链路的强壮性。
根据设计目标，无线网桥将灵活搭配不同类型的WLAN专用室外高增益天线，以确保实现不同的来连接要求。
与AP不同的是，无线网桥对有线网络的依赖程度大大减小。
无线网桥通常会被部署在室外天线附近的设备箱内。
5、WLAN安装施工与调试
（1）、WLAN准备工作：
站点勘测-网络设计-安装-测试优化-实际应用，综合考虑安排和协调各项工作环节
（2）、勘测湿地环境
（3）、详细勘测：
目测、频率测试、站点调查
（4）、机站选址
（5）、安装工具准备
（6）、天线安装：
点对点安装、覆盖安装
（三）、WLAN设备维护
1、维护内容
（1）、检查机房接入设备周围环境
（2）、检查天线连线情况。
检查AP天馈线系统
（3）、检测无线信号强度（使用Cisco专用的WLAN无线网卡测试软件），下载速率以及网络连通性的测试；
（4）、检查热点覆盖现场AP接入交换机和路由器运行情况；
（5）、检查热点覆盖现场其它交、直流设备运行情况，如AP供电器等；
（6）、检查交换机和AP间连接线缆技术指标；
（7）、检查AP运行情况。
2、维护要求
（1）、检查机房设备运行环境，无腐蚀性和溶剂性气体，无扬尘，临近无强电磁场；接入设备（交换机、光收或协转）运行正常，无告警；
（2）、检查天线安装是否牢固，可靠；
（3）、网络连通性测试，使用笔记本通过无线网卡PING本地网关（即本地路由器管理地址）的响应时间≤10ms；对应外网地址Ping包的丢包率不大于3%，ping包大小为32bytes；
（4）、在覆盖范围的下载速率测试，在文件服
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