计算机网络及多媒体技术复习资料.docx
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计算机网络网络正改变这我们的工作和生活方式。
我国几大公用计算机网络
（1）中国公用计算机互联网CHINANET
（2）中国教育和科研计算机网CERNET
（3）中国科学技术网CSTNET
（4）中国联通互联网UNINET
（5）中国网通公用互联网CNCNET
（6）中国国际经济贸易互联网CIETNET
（7）中国移动互联网CMNET
（8）中国长城互联网CGWNET
（9）中国卫星集团互联网CSNET
第1章计算机网络概述
计算机网络的产生背景
是20世纪60年代美苏冷战时期的产物。
60年代初，美国国防部领导的高级研究规划局ARPA（AdvancedResearchProjectAgency）提出要研制一种生存性（survivability）很强的网络。
传统的电路交换（circuitswitching）的电信网有一个缺点：
正在通信的电路中有一个交换机或有一条链路被炸毁，则整个通信电路就要中断。
1.1计算机网络的基本概念
计算机网络定义
就是利用通讯设备和线路，将地理位置不同的、功能独立的多个计算机系统互联起来，以功能完善的网络软件（即由网络通讯协议、信息交换方式及网络操作系统等构成）实现网络中资源共享和信息传递的系统。
1.1计算机网络的基本概念
简单定义：
一些互相连接的、自治的计算机的集合。
因特网（Internet）是“网络的网络”。
计算机网络必须有以下三个要素：
计算机；通信设备和传输介质；协议。
1.1.2计算机网络的发展史
3个阶段：
具有通信功能的单机系统/多机系统
计算机-计算机网络
局域网的兴起和分布式计算机模式的发展
分布式计算机网络结构特点是：
互连、高速、智能
1.1.3计算机网络系统的基本组成
计算机网络系统是由通信子网、资源子网及一系列的协议组成的。
协议是计算机之间或计算机与子网通信使用的
软件和硬件是计算机网络赖以存在的基础
1.网络硬件：
工作站，服务器，交换机，路由器…
2.网络软件：
协议，操作系统，网络管理软件，网络应用软件…
1.1.4计算机网络的分类
按覆盖的地理范围划分
广域网WAN（WideAreaNetwork）几十千米到几千千米
局域网LAN（LocalAreaNetwork）几千米以内
城域网MAN（MetropolitanAreaNetwork）几十千米之内
分类
特点
覆盖范围
典型分布区域
传输速率
局域网LAN
覆盖范围小
共享一条信道
网络出现故障概率较小
10米
房间
4Mbps～2Gbps
100米
楼宇
数千米
校园
城域网MAN
10千米
城市
50Kbps～100Mbps
广域网WAN
传输速度通常低于LAN
连接以非永久性布线居多
几十千米～几千千米
城市、国家、洲、全球
9.6Kbps～45Mbps
按传输介质划分
有线网：
双绞线、同轴电缆、光纤
无线网：
无线电波、微波、红外、激光
光纤就是光导纤维，主要成分SiO2；
纤芯-折射率高、玻璃包层-折射率低；
亮度调制，有脉冲-1，无脉冲-0；
光源:
850nm/1310nm/1550nm；
按拓扑结构分类
（1）星型拓扑结构
（2）环形拓扑结构
特点：
信息沿固定方向流动，两结点之间有唯一通路；
某一结点发生故障，可以自动旁路，可靠性高；
结点过多时，影响传输效率；
扩充不方便。
（3）总线型拓扑结构
特点：
广播式网络;
总线负载能力有限，因此总线长度和结点都受到限制；
简单灵活，非常便于扩充；
可靠性高，网络响应速度快；
设备量少、价格低、安装使用方便；
共享资源能力强。
总线形网络结构是目前使用最广泛的结构
（4）树形拓扑结构
特点：
具有一定容错能力；
也是广播式网络；
容易扩充。
（5）网状拓扑结构
在实际组网中,拓扑结构不一定是单一的,通常是几种结构的混用。
将多个子网或多个局域网连接起来构成网际拓扑结构。
几种常见的网络设备
网络接口卡：
安装在计算机上
集线器：
把不同计算机连接成星形结构
网桥：
是连接两个相同类型子网的连接设备
网关：
是连接两个不同类型子网的连接设备
路由器：
是局域网与外部网络的连接部件。
可连接不同类型不同速度的子网，并可参与网络的管理。
1.2OSI/RM和TCP/IP模型
网络体系结构：
计算机网络通信及网络服务软件系统的功能模块图
协议：
计算机网络中实体之间有关通信规则约定的集合。
协议由语义、语法和变换规则3部分组成
语义规定通信双方“讲什么”
语法规定通信双方“如何讲”
变换规则规定双方的“应答关系”
实体：
任何发送或接收信息的硬件或软件。
服务：
面向连接的和无连接的
在协议的控制下，两个对等实体间的通信使得本层能够向上一层提供服务。
要实现本层协议，还需要使用下层所提供的服务。
为什么要分层？
1各层之间相互独立；
2灵活性好；
3每层可以选择最为合适的实现技术，各层实现技术改变，不会影响其他层；
4易于实现和维护；
5易于标准化的实现；
6兼容不同厂商的标准接口。
OSI七层模型
应用层：
处理网络应用
表示层：
数据表示
会话层：
主机间通信
传输层：
端到端的连接
网络层：
寻址和最短路径
数据链路层：
介质访问（接入）
物理层：
二进制传输
OSI各层的功能
（1）物理层任务是透明地传送比特流。
规定与传输介质接口的机械特性，电气特性，功能特性，规程特性
（2）数据链路层
成帧、拆帧
――差错控制：
确认帧和否认帧来对接收的帧差错控制
――流量控制：
发送方和接收方能力速度匹配
（3）网络层
路径选择、拥塞控制。
（4）传输层
保证多端口多进程通信；
差错校验和恢复；
信息流控制；
（5）会话层
建立、管理、中止不同机器上的应用程序间的会话。
“会话”――完成一项任务而进行的一系列相关的信息交换。
（6）表示层
数据表示问题：
即信息的语法和语义。
如：
数据加密、解密；压缩、解压缩等
（7）应用层
为用户的应用程序提供网络通信服务识别、证实目的通信方的可用性；使协同工作的应用程序之间进行同步；判断是否为通信过程申请了足够的资源；
计算机数据发送过程
应用进程数据先传送到应用层，加上应用层首部，成为应用层PDU
应用层PDU再传送到传输层加上传输层首部，成为传输层报文
传输层报文再传送到网络层加上网络层首部，成为IP数据报（或分组）
IP数据报再传送到数据链路层加上链路层首部和尾部，成为数据链路层帧
数据链路层帧再传送到物理层
最下面的物理层把比特流传送到物理媒体
电信号（或光信号）在物理媒体中传播：
从发送端物理层传送到接收端物理层
物理层接收到比特流，上交给数据链路层
数据链路层剥去帧首部和帧尾部，取出数据部分，上交给网络层
网络层剥去首部，取出数据部分，上交给运输层
传输层剥去首部，取出数据部分，上交给应用层
应用层剥去首部，取出应用程序数据，上交给应用进程
TCP/IP模型
TCP/IP起源于美国国防部高级研究规划署（DARPA）的一项研究计划——实现若干台主机的相互通信。
现在TCP/IP已成为Internet上通信的标准。
TCP/IP模型包括4个概念层次：
应用层（application）传输层（transport）网际层（internet）
网络接口（networkinterface）
应用层协议支持了文件传输、电子邮件、远程登录、网络管理、Web浏览等应用。
传输层提供了两种传输协议
●TCP面向连接的●UDP无连接的
相关网络术语
主机：
拥有自己的IP地址的计算机终端：
服务器：
为网络提供资源、控制管理或专门服务的计算机系统
客户机：
接入网络的计算机，受网络服务器的控制和管理，能够共享网络上的各种资源。
代理服务器：
是一个软件或软件系统，运行于局域网的一台计算机上。
第2章数据通信基础
2.1通信系统概述
通信的目的就是传递信息。
信息、数据和信号
信息（Information）
数据（data）是信息的符号表示。
（模拟数据和数字数据）
信号（Signal）是数据的电、电磁、光、声波等编码方式,分为模拟信号和数字信号。
2.1.2数据传输
（1）．模拟传输和数字传输
按传输信号类型不同，信道可分为模拟信道和数字信道。
数据通信（DataCommunication）
模拟传输
优点：
频谱较窄，信道利用率高
缺点:
（1）信号容易失真且难以准确恢复；
（2）混入噪声在信号放大过程中一起被放大；
（3）保密性差。
2.2数据通信的性能指标
2.2.1数据传输速率
码元：
信道中传输的一个数字脉冲称为一个码元
码元传输速率：
单位时间内在信道上传输的码元的个数，单位为波特（baud）。
数据传输速率：
单位时间内在信道上传输的二进制位的个数，单位为比特每秒（bit/s）。
波特率与比特率的关系
n为一个码元携带信息量的位数
M为码元状态数
波特率一定的条件下，用1个码元表示更多的比特位可以提高信息传输速率。
比特率=nX波特率
任何实际的信道都不是理想的，在传输信号时会产生各种失真以及带来多种干扰。
码元传输的速率越高，或信号传输的距离越远，在信道的输出端的波形的失真就越严重。
数字信号通过实际的信道（带宽受限、有噪声、干扰和失真）
2.6数据交换技术
两部电话机只需要用一对电线就能够互相连接起来。
（当电话机的数量增多时，就要使用交换机来完成全网的交换任务。
“交换”的含义
在这里，“交换”（switching）的含义是：
转接——把一条电话线转接到另一条电话线，使它们连通起来。
从通信资源的分配角度来看，“交换”就是按照某种方式动态地分配传输线路的资源。
电路交换特点：
（1）有通话建立的时间
（2）通话建立后，信源与信宿之间有一条专用通信线路
（3）延迟小
（4）通信线路利用率低
报文交换的特点：
无需建立连接，多路径，通信线路利用率高，延迟时间较长
结点需要较大的缓冲空间
分组交换的原理
（一）
分组交换是综合了电路交换和报文交换的优点，并克服他们各自的缺点
在发送端，先把较长的报文划分成较短的、固定长度的数据段。
分组交换的原理
（二）
每一个数据段前面添加上首部构成分组。
分组交换的原理（三）
分组交换网以“分组”作为数据传输单元。
依次把各分组发送到接收端（假定接收端在左边）。
分组首部的重要性
每一个分组的首部都含有地址等控制信息。
分组交换网中的结点交换机根据收到的分组的首部中的地址信息，把分组转发到下一个结点交换机。
用这样的存储转发方式，最后分组就能到达最终目的地。
分组交换的原理（四）
接收端收到分组后剥去首部还原成报文。
分组交换的原理（五）
最后，在接收端把收到的数据恢复成为原来的报文。
这里我们假定分组在传输过程中没有出现差错，在转发时也没有被丢弃。
分组交换的优点
高效动态分配传输带宽，对通信链路是逐段占用。
灵活以分组为传送单位和查找路由。
迅速不必先建立连接就能向其他主机发送分组；充分使用链路的带宽。
可靠完善的网络协议；自适应的路由选择协议使网络有很好的生存性。
物理层
物理层建立在物理通信介质的基础上，为设备之间的数据通信提供传输媒体及互连设备，为数据传输提供可靠的环境。
物理层考虑的是如何才能在连接各种计算机的传输介质上传输比特流，而不必考虑连接各种计算机的具体物理设备和传输介质。
物理层定义：
机械特性，电气特性，功能特性，规程特性
物理信道的建立、保持、拆除
物理层的主要任务描述为确定与传输介质的接口的一些特性，即：
机械特性指明接口所用接线器的形状和尺寸、引线数目和排列、固定和锁定装置等等。
电气特性指明在接口电缆的各条线上出现的电压的范围。
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。
规程特性指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序。
物理层的功能
利用传输介质为数据链路层提供物理连接；实现比特流的透明传输；保证比特流传输的可靠性；
物理层的网络连接设备
中继器（Repeater）：
中继器工作在OSI参考模型的物理层上，其功能是对衰减的信号进行再生和放大。
*中继器不仅起到扩展网络距离的作用，还可以连接不同传输介质的网络。
集线器（HUB）：
集线器具有多个端口，不仅用于集中网络连接，还可以重发数字信号。
局域网中最常用的是连接以太网的HUB。
3.2物理层的特性
机械特性（mechanicalcharacteristics）
机械特性规定了DTE和DCE实际的物理连接。
规定物理连接器的规格尺寸、插针或插孔的数量和排列情况、相应通信介质的参数和特性等。
常用的被ISO标准化的机械接口有：
●ISO2110，25芯连接器，EIARS-232-C，
EIARS-366-A
●ISO2593，34芯连接器，V.35宽带MODEM
●ISO4902，37芯和9芯连接器，EIARS-449
●ISO4903，15芯连接器，X.20、X.21、X.22
RS-232C
EIARS-232C是一种目前使用最广泛的串行物理接口
电气特性
电气特性规定了在链路上传输二进制比特流有关的电路特性，如信号电压的高低、阻抗匹配、传输速率和距离限制等，通常包括发送器和接收器的电气特性以及与互连电缆相关的有关规则等。
物理层电气特性分3类：
非平衡型、新的非平衡型和平衡型。
功能特性
功能特性是指接口的信号根据其来源、作用以及与其它信号之间的关系而各自所具有的特性功能，即DTE-DCE之间各信号线的信号含义。
通常信号线可分为四类：
数据线、控制线、同步线和接地线。
规程特性
规程特性就是协议。
规程特性说明了交换电路进行数据交换的一组操作序列,由这些规程来完成位传输功能。
规程特性定义DTE和DCE通过接口连接时，各信号线进行二进制位流传输的一组操作规程（动作序列），如，怎样建立、维持和拆除物理连接，全双工还是半双工操作等等。
RS-232-C/CCITTV.24与X.21是两个著名的物理层协议实例。
3.3.1EIARS-232-C
EIARS-232C是美国电子工业协会（ElectronicIndustryAssociation,EIA）1969年修订的物理接口标准。
RS（RecommendedStandard）的意思是“推荐标准”，232是一个标识号码,C表示该标准已被修改过的次数。
局域网常用双绞线：
以箔屏蔽以减少干扰和串音
3类、5类双绞线外没有任何附加屏蔽。
3类UTP和5类UTP绞合密度不同
双绞线线序及RJ-45接口
双绞线线序
EIA/TIAT568A标准
T568B标准
T568A白绿、绿、白橙、蓝、白蓝、橙、白棕、棕
T568B白橙、橙、白绿、蓝、白蓝、绿、白棕、棕
RJ-45插座的接线方法
直通UTP电缆
交叉UTP电缆
4.1数据链路层的基本概念
链路（link）是一条无源的点到点的物理线路段，中间没有任何其他的交换结点。
一条链路只是一条通路的一个组成部分。
数据链路（datalink）除了物理线路外，还必须有通信协议来控制这些数据的传输。
若把实现这些协议的硬件和软件加到链路上，就构成了数据链路。
现在最常用的方法是使用适配器（即网卡）来实现这些协议的硬件和软件。
一般的适配器都包括了数据链路层和物理层这两层的功能。
数据链路层像个数字管道
常常在两个对等的数据链路层之间画出一个数字管道，而在这条数字管道上传输的数据单位是帧。
早期的数据通信协议曾叫作通信规程（procedure）。
因此在数据链路层，规程和协议是同义语。
数据链路层的基本功能
物理层:
---物理链路---比特流传输---有差错的物理链路
数据链路层:
---数据链路---帧传输---无差错的数据链路
讨论：
1.在原始物理传输线路上传输数据信号是有差错的；
2.设计数据链路层的主要目的:
在原始的、有差错的物理传输线路的基础上，采取差错检测、差错控制与流量控制等方法，将有差错的物理线路改进成无差错的数据链路，向网络层提供高质量的数据传输服务；
物理线路--物理线路的建立、维护与释放比特流传输,比特同步,差错控制
数据链路--数据链路的建立、维护与释放帧封装,帧传输,帧同步,帧的差错控制
数据链路层的功能—由帧来实现；
数据链路层的主要功能
（1）帧定界（帧同步）
（2）差错控制（3）流量控制（4）链路管理
1.帧同步
帧是数据链路层的传送单位，按OSI的术语就是数据链路层协议数据单元DL-PDU。
如何将来自物理层的比特流组装成帧？
也就是如何确定帧的边界问题，这个问题称为帧同步。
2.差错控制
使用差错控制码产生的校验和可以检查出一帧在传输中是否发生了错误。
一旦检查出错误后，通常采用反馈重发的方法来纠正错误。
5.1局域网概述
局域网（LAN）是一种在有限地理范围内将许多PC机及各种设备互联在一起实现数据传输和资源共享的计算机网络。
局域网的特点
（1）地理分布范围较小。
（2）数据传输速率高。
（3）误码率低。
（4）以PC机为主体。
（5）一般包含OSI参考模型中的低三层功能，即涉及通信子网的内容。
（6）协议简单、结构灵活、建网成本低、周期短、便于管理和扩充。
局域网的发展
80年代局域网产品：
三足鼎立
*Ethernet—802.3
*TokenBus—802.4
*TokenRing—802.5
90年代：
Ethernet一支独秀
因素：
技术—成熟策略—开放市场—高性能价格比
网络适配器（网卡）
工作站与网络的接口设备，用于发送和接收数据帧。
除作为工作站连接入网的物理接口外，还控制帧的发送和接收
分ISA、EISA和PCI三种类型
网卡的功能
数据的封装与解封发送时将上一层交下来的数据加上首部和尾部，成为以太网的帧。
接收时将以太网的帧剥去首部和尾部，然后送交上一层。
链路管理主要是CSMA/CD协议的实现。
编码与译码即曼彻斯特编码与译码。
网络适配器（网卡）
网卡有AUI接口（粗缆接口）、BNC接口（细缆接口）和RJ-45接口（双绞线接口）三种接口类型。
多端口网桥——以太网交换机
1990年问世的交换式集线器（switchinghub），可明显地提高局域网的性能。
交换式集线器常称为以太网交换机（switch）或第二层交换机（表明此交换机工作在数据链路层）。
以太网交换机通常都有十几个端口。
因此，以太网交换机实质上就是一个多端口的网桥，可见交换机工作在数据链路层。
交换机
数据交换机（Switch）也叫交换式集线器，它通过对信息进行内部处理后转发至指定端口，具备自动寻址能力和交换作用。
交换机不懂得IP地址，但它可以“学习”MAC地址，并把其存放在内部地址表中，通过在数据帧的始发者和目标接收者之间建立临时的交换路径，使数据帧直接由源地址到达目的地址。
局域网的拓扑：
总线网，星形网，树形网
环形网：
结点使用点—点线路连接，构成闭合的物理的环型结构；环中数据沿着一个方向绕环逐站传输；多个结点共享一条环通路；
局域网的分类
（1）拓扑结构
（2）传输介质（3）访问传输介质方法（4）网络操作系统
总线型拓扑构型
总线型局域网的介质访问控制方法采用的是“共享介质”方式；所有结点都连接到一条作为公共传输介质的总线上；总线传输介质通常采用同轴电缆或双绞线；
所有结点都可以通过总线传输介质以“广播”方式发送或接收数据，因此出现“冲突（collision）”是不可避免的；“冲突”会造成传输失败；
必须解决多个结点访问总线的介质访问控制（MAC，MediumAccessControl）问题。
介质访问控制方法要解决以下几个问题：
该哪个结点发送数据？
发送时会不会出现冲突？
出现冲突怎么办？
局域网的特性主要涉及拓扑结构、传输介质和介质访问控制（MAC）3个方面。
这三个方面在很大程度上决定了传输信息的形式、通信速率和效率、信道容量以及网络所支持的服务类型。
介质访问控制是指在局域网中对数据传输介质进行访问管理的方法。
根据介质访问控制的方法可以将局域网分为以太网、令牌网等。
5.3局域网的体系结构
电气和电子工程师协会（InstituteofElectronicalandElectronicsEngineers,IEEE）于1980年2月专门成立了IEEE802委员会，专门制定局域网的国际标准，即著名的IEEE802参考模型。
介质访问控制子层（MAC）
MAC是数据链路层上特有的一个子层，用于解决共享信道的分配问题。
IEEE802已规定的MAC有CSMA/CD、令牌总线、令牌环等。
MAC子层要完成MAC帧的封装/解封和介质访问控制两个主要功能。
MAC地址
MAC地址是主机在网络中的站地址或物理地址（硬件地址）
48bit的全球地址，固化在网卡的ROM中
严格的讲MAC地址用该是一个站标识符。
MAC地址与IP地址的区别
IP地址是指Internet协议使用的地址（32位），而MAC地址是Ethernet协议使用的地址。
每个Ethernet网卡生产厂家必须向IEEE组织申请一组MAC地址，在生产网卡时在网卡的串行EEPROM中写入一个唯一的MAC地址。
每个Internet服务提供商（ISP）必须向有关组织申请一组IP地址，然后一般是动态分配给其用户。
Ethernet地址结构
Ethernet地址=ManufactureID+NICID
24bit24bit
公司：
Cisco00-00-0c
Novell00-00-1B
00-00-D8
3Com00-20-AF
00-60-8C
IBM08-00-5A
典型的Ethernet地址：
00-60-8C-01-28-12
000000001010000010001100000000010010100000010010
Ethernet地址具有惟一性，取决于你所使用的网卡；
网卡上的硬件地址
路由器
路由器由于同时连接到两个网络上，
因此它有两块网卡和两个硬件地址。
5.4IEEE802.3标准和以太网（续）
以太网（Ethernet）最初是美国Xerox（施乐）公司和STANFORD大学PaloAlto研究中心合作于1975年推出的一种局域网。
1980年9月，DEC、Intel、Xerox三公司合作公布Ethernet物理层和数据链路层的规范，也称DIX规范。
两个以太网标准
DIXEthernetV2是世界上第一个局域网产品（以太网）的规约。
IEEE的802.3标准。
DIXEthernetV2标准与IEEE的802.3标准只有很小的差别，因此可以将802.3局域网简称为“以
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