《计算机网络》整理资料
第1章 概述
1、计算机网络的两大功能：连通性和共享；
2、计算机网络（简称为网络）由若干结点（node）和连接这些结点的链路（link）组成。网络中的结点可以是计算机、集线器、交换机或路由器等。 3、互联网基础结构发展的三个阶段：
①从单个网络 ARPANET 向互联网发展的过程。②建成了三级结构的因特网。③逐渐形成了多层次 ISP（Internet service provider） 结构的因特网。
4、制定互联网的正式标准要经过以下三个阶段：
① 互联网草案（Internet Draft）②建议标准（Proposed Standard）③互联网标准（Internet Standard） 5、互联网的组成：
① 边缘部分：由所有连接在互联网上的主机组成，这部分是用户直接使用的。处在互联网边缘的部分就是连
接在互联网上的所有的主机，这些主机又称为端系统（end system）。（是进程之间的通信） 两类通信方式：
? 客户—服务器方式：这种方式在互联网上是最常见的，也是最传统的方式。
客户（client）和服务器（server）都是指通信中所涉及的两个应用进程（软件）。
客户是服务的请求方，服务器是服务的提供方；服务请求方和服务提供方都要使用网络核心部分所提供的服务。
客户程序：一对多，必须知道服务器程序的地址；不需要特殊硬件和很复杂的操作系统。 服务器程序：可同时处理多个远地或本地客户的请求（被动等待）；一般需要有强大的硬件和高级的操作系统支持
? 对等连接方式（p2p)：平等的、对等连接通信。既是客户端又是服务端；
② 核心部分：由大量网络和连接在这些网络上的路由器组成，这部分是为边缘部分提供服务的（提供连通性
和交换）（主要由路由器和网络组成）；核心中的核心：路由器（路由器是实现分组交换的关键构建，其任务是转发收到的分组）
交换——按照某种方式动态地分配传输线路的资源：
? 电路交换：必须经过建立连接（占用通信资源）→通话（一直占用通信资源）→释放资源（归还通信资
源）三个步骤的交换方式。
电路交换的一个重要特点就是在通话的全部时间内，通话的两个用户始终占用端到端的通信资源； ? 报文交换：基于存储转发原理（时延较长）；
? 分组交换：分组交换采用存储转发技术。在发送报文（message）之前，先把较长的报文划分成为一个
个更小的等长数据段，在每一个数据段前面，加上一些由必要的控制信息组成的首部（包头header）后，就构成了一个分组（包packet）；分组是在互联网中传送的数据单元。 路由器处理分组过程：缓存→查找转发表→找到合适接口转发出去。 优点：高效（逐段占用链路，动态分配带宽），灵活（独立选择转发路由），迅速（不建立连接就能发送分组），可靠（保证可靠性的网络协议；分布式多路由的分组交换网）
问题：存储转发时会造成一定的时延；无法确保通信时端到端所需的带宽。 报文交换和分组交换不需要预先分配传输带宽； 6、计算机网络的分类：
按作用范围：WAN(广），MAN（城），LAN（局），PAN（个人区域网）； 按使用者：公用网，专用网； 7、计算机网络的性能 1) 速率（比特每秒bit/s）：
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2)
3) 4) ?
比特（bit）：信息论中信息量的单位；网络技术中速率指的是数据的传送速率也称为数据率或比特率。 带宽（两种不同的意义）：①频域称谓，指信号具有的频带宽度，单位赫兹Hz ②时域称谓，表示在单位时间内网络中某信道所能通过的“最高数据率”，单位比特每秒（bit/s）;两者本质一样，一条通信链路的“带宽”越宽，传输的“最高数据率”自然越高。
吞吐量：单位时间内通过某个网络（或信道、接口）的实际数据量。受网络的带宽或网络的额定速率的限制。
时延：时延是指数据（一个报文或分组，甚至是比特）从网络（或链路）的一端传送到另一端所需的时间，有时也成为延迟或迟延。 发送时延（传输时延）：主机或路由器发送数据帧所需要的时间。
数据帧长度（b） 发送时延?发送速率（b/s)? 传播时延：电磁波在信道中传播一定的距离需要花费的时间。
信道长度（m） 传播时延?电磁波在信道上的传播速率（m/s)? 处理时延：主机或路由器在收到分组时需要花费一定的时间进行处理。 ? 排队时延：结点缓存队列中分组排队所经历的时延。（取决于网络当时的通信量）；
数据在网络中经历的总时延就是以上四种时延之和。
? 注：对于高速网络，提高的仅仅是数据的发送速率不是比特在链路上的传播速率。 5) 时延带宽积：时延带宽积（体积）=传播时延（长）X带宽（截面积），以比特为单位的链路长度。 6) 往返时间（RTT)：简单来说，就是两倍传播时延（实际上还包括处理时延，排队时延，转发时的发送时
延）；
7) 利用率：信道利用率→网络利用率（全网络的信道利用率的加权平均值）。
D?D0，D0表示网络空闲时的时延，U为利用率，D表示网络当前的时延；
1?U可见信道利用率并不是越高越好，当某信道的利用率增大时，该信道引起的时延也就迅速增大。减少方法：增大线路的带宽。
8、计算机网络的非特征性能：费用，质量，标准化，可靠性，可扩展性和可升级性，易于管理和维护。 9、计算机网络体系结构
OSI/RM——开放系统互连参考模型（法律上的国际标准）；简称OSI。 TCP/IP——事实上的国际标准；
协议——为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定。 三要素：语法（结构和格式），语义（动作），同步（顺序）；
分层的好处：①各层之间是独立的；②灵活性好；③结构上可分割开；④易实现和维护；⑤能促进标准化工作。
五层体系结构：
? 应用层：通过应用进程（正在运行的程序）间的交互来完成特定网络应用。（如DNS,HTTP,SMTP,FTP) ? 运输层：负责向两台主机中进程之间的通信提供通用的数据传输服务；（复用和分用）。
运输层主要使用以下两种协议：
1、传输控制协议TCP：提供面向连接的、可靠的数据传输服务，其数据传输单位是报文段。 2、用户数据报协议UDP：提供无连接的、尽最大努力的数据传输服务（不保证可靠性），其数据传输单位是用户数据报。
? 网络层：负责为分组交换网上的不同主机提供通信服务（在TCP/IP体系中，分组也叫IP数据报）。 ? 数据链路层：将网络层交下来的IP数据报组装成帧，在两个相邻结点（主机和路由器之间或路由器之间）
间的链路上传送帧；每一帧包括数据和必要的控制信息。
? 物理层：透明地传送比特流（双绞线、同轴电缆、光缆、无线信道等不在物理层）。 10、实体、协议、服务和服务访问点
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实体——任何可发送或接受信息的硬件或软件进程；
协议——控制两个对等实体（或多个实体）进行通信的规则的集合；（水平的）
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（垂直的）。要实现本层协议，还需要使用下面一层所提供的服务。
同一系统相邻两层的实体进行交互(即交换信息)的地方，称为服务访问点 SAP (Service Access Point)。 下面的协议对上面的服务用户是透明的。
IP over everything everything over IP (p36)
第2章 物理层
1、基本概念
机械特性（接口）；电气特性（电压范围）；功能特性（电压的意义）；过程特性（顺序） 2、数据通信系统
一个数据通信系统可划分为三大部分，即源系统（发送端、发送方）→传输系统（传输网络）→目的系统（接收端、接收方）。
常用术语：
? 数据(data)——运送消息的实体。
? 信号(signal)——数据的电气的或电磁的表现。
? 模拟信号，或连续信号(analogous)——代表消息的参数的取值是连续的。 ? 数字信号，或离散信号(digital)——代表消息的参数的取值是离散的。 ? 码元(code)——代表不同离散数值的基本波形。 3、信道的基本概念
信道：用来表示向某一个方向传送信息的媒体；可以有以下三种基本方式。 ①单向通信（单工通信）——只能有一个方向的通信而没有反方向的交互。（广播）
②双向交替通信（半双工通信）——通信的双方都可以发送信息，但不能双方同时发送(当然也就不能同时接收)。这种通信方式是一方发送另一方接收，过一段时间后，可以再反过来。 ③ 双向同时通信（全双工通信）——通信的双方可以同时发送和接收信息。
? 基带信号——来自信源的信号，为使信道能够传输低频分量和直流分量，必须进行调制
基带调制（仅对波形进行变换）； 带通调制（使用载波调制）。
最基本的带通调制方法：①调幅（AM）；②调频（FM）；③调相（PM）；
为了达到更高的信息传输速率，必须采用技术上更为复杂的多元制的振幅相位混合调制方法，例如正交振幅调制 4、信道的极限容量 两因素：
? 信道能够通过的频率范围（码间串扰）——加宽频带；
? 信噪比——信号的平均功率和噪声的平均功率之比；常记为S/N，并用分贝（dB）作为度量单位
即：信噪比（dB）= 10 log10（S/N）(dB)
? 香浓公式：信道的极限信息传输速率C = W log2(1+S/N)（bit/s） ；
式中W为信道的带宽（单位Hz），S为信道内所传信号的平均功率，N为信道内部的高斯噪声功率。 香浓公式表明：信道的带宽或信道中的信噪比越大，信息的极限传输速率就越高。只要信息传输速率低于信道的极限传输速率，就一定存在某种方法实现无差错传输。
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其他提高信息传输速率的办法：让每个码元携带更多比特的信息量。 5、传输媒体 6、信道复用技术
? 频分复用（FDM）：所有用户在同样的时间占用不同的资源； ? 时分复用(TDM)（同步时分复用）：所有用户在不同的时间用同样的频带宽度；（更有利于数字信号的传
输）；
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。 ? 统计时分复用(STDM)（异步时分复用）：动态分配时隙；集中器常使用统计时分复用 ? 波分复用：光的频分复用； ? 码分复用（码分多址CDMA）：各用户使用不同的码型，因此各用户之间不会造成干扰。每个站分配的
码片序列不仅必须各不相同，并且还必须互相正交(orthogonal)（相乘为0，0写为-1，1写为+1）。在实用的系统中是使用伪随机码序列。
任何一个码片向量和该码片向量自己的规格化内积都是1 ；
任何一个码片向量和该码片反码的向量自己的规格化内积都是-1 ； 任何一个码片向量和其他码片向量的规格化内积都是0； 7、宽带接入技术
? ADSL（非对称数字用户线）技术——用数字技术对现有的模拟电话用户线进行改造
把 0~4 kHz 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。 上行和下行带宽不对称；
ADSL的极限传输距离取决于数据率和用户线的线径（用户线越细，信号传输时的衰减就越大）； 离散多音调 DMT ——频分复用； ADSL不能保证固定的数据率
基于ADSL的接入网由以下三部分组成：数字用户线接入复用器（DSLAM）、用户线和用户家中的一些设施； ? 光纤同轴混合网（HFC网） ? FTTx技术：光纤到户FTTH
8、假定某信道受奈氏准则限制的最高码元速率为20000码元/秒。如果采用振幅调制，把码元的振幅划分为16个不同等级来传送，那么可以获得多高的数据率（b/s）?
答：C=R*Log2（16）=20000b/s*4=80000b/s 9、共有4个站进行CDMA通信。4个站的码片序列为
A：（－1－1－1＋1＋1－1＋1＋1） B：（－1－1＋1－1＋1＋1＋1－1） C：（－1＋1－1＋1＋1＋1－1－1） D：（－1＋1－1－1－1－1＋1－1）
现收到这样的码片序列S：（－1＋1－3＋1－1－3＋1＋1）。问哪个站发送数据了？发送数据的站发送的是0还是1？
解：S·A=（＋1－1＋3＋1－1＋3＋1＋1）／8=1， A发送1
S·B=（＋1－1－3－1－1－3＋1－1）／8=－1， B发送0 S·C=（＋1＋1＋3＋1－1－3－1－1）／8=0， C无发送 S·D=（＋1＋1＋3－1＋1＋3＋1－1）／8=1， D发送1
第3章 数据链路层（计算题：1 CRC；2征用期、最短帧长与时延）
1、两种信道：①点对点信道。 ②广播信道。
2、链路：从一个结点到相邻结点的一段物理线程（有线或无线），中间没有任何交换节点。
3、数据链路：当需要在一条线路上传送数据时，除了必须有一条物理线路外，还必须有一些必要的通信协议来控制这些数据的传输，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。最常用网络适配器。 4、帧——协议数据单元。 5、三个基本问题：
? 封装成帧——在一段数据的前后分别添加首部和尾部进行帧定界（确定帧的界限）。
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SOH：帧首部，16进制编码是01，二进制是00000001 EOT：帧尾部，16进制编码是04，二进制是00000100
? 透明传输——解决透明传输问题具体方法：字节填充（或字符填充），发送端的数据链路层在数据中出现
控制字符SOH或EOT的前面插入一个转义字符ESC（16进制编码是1B，二进制是00011011）. ? 差错检测——比特在传输过程中可能会产生差错（比特差错）；传输错误的比特占所传输比特总数的比率
称为误码率（BER）。
循环冗余检验CRC：CRC运算就是在数据M的后面添加供差错检测用的n位冗余码。
n位冗余码得出方法：用二进制的模2运算进行2^n乘M（待传送的数据）的运算，这相当于在M后面添加n个0。得到的(k+n)位的数除以事先商定的长度为（n+1）位的除数P，得到的余数（比除数少一位）作为冗余码，数据加上冗余码在除以除数P，得到的余数为0即为无差错。 凡是接收端数据链路层接受的帧均无差错（无比特差错） 要做到“可靠传输”（即发送什么就收到什么）就必须再加上帧编号、确认和重传机制。（提高通信效率） 传输差错：帧丢失、帧重复、帧失序
6、点对点协议PPP——目前使用得最广泛的数据链路层协议 ? 特点：①简单（这是首要的要求）；②封装成帧 （帧界定符）；③透明性；④多种网络层协议（PPP协议
必须能在同一条物理链路上同时支持多种网络层协议，如IP、IPX） ；⑤多种类型链路（串行的、并行的，同步的、异步的，高速的、低速的，电的、光的，动态的、静态的） ；⑥差错检测（立即丢弃有差错的帧）；⑦检测连接状态（短时间自动检测）；⑧最大传送单元（MTU是数据链路层的帧可以载荷的数据部分的最大长度）；⑨网络层地址协商；⑩数据压缩协商（不要求标准化） 。
? 不需要/支持的功能：①纠错（不可靠传输） ；②流量控制（由TCP负责） ；③序号（不是可靠传输，
在无线时可用） ；④多点线路（不支持一主对多从） ；⑤半双工或单工链路（只支持全双工） 。 ? 组成——三个部分：
1、一个将 IP 数据报封装到串行链路的方法。 2、链路控制协议 LCP (Link Control Protocol)。（用来建立、配置和测试数据链路连接）
3、网络控制协议 NCP (Network Control Protocol)。——其中的每一个协议支持不同的网络层协议
? 帧格式
PPP帧的格式
标志字段F（Flag）规定为0x7E（0x表示后面的字符是用十六进制表示的） 7E（01111110） 地址字段A规定为0xFF (11111111) 控制字段C规定为0x03（00000011） 字节填充——转义字符（0x7D）； 零比特填充——5个1后加0； ? 建立过程
（设备之间无链路）→物理链路→LCP链路→已鉴别的LCP链路（口令鉴别协议PAP/口令握手鉴别协议CHAP）→NCP链路（IP控制协议IPCP） 7、局域网数据链路层 ? 局域网的特点：
网络为一个单位所拥有，且地理范围和站点范围均有限。优点：具有广播功能，便于系统的扩展和逐渐演变，提高了系统的可靠、可用、生存性。
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计算机网络（第七版）谢希仁著 考试知识点整理
