计算机网络原理(4741)2009-12-17 20:18 第一章 概论 1、计算机网络的发展 面向终端分布的计算机系统 计算机-计算机网络 开放式标准网路 因特网广泛应用和高速网络技术的发展 2、三大网络 电信业务网 广播电视网 计算机网 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 2、计算机网络的基本概念 1、计算机网络的定义 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（即网络通信协议、信息交换方式和网络操作系统等）实现网络中资源共享和信息传递的系统。 2、计算机网络的组成 资源子网：负责信息处理 通信子网：负责全网中的信息传递 3、计算机网络的功能 硬件资源共享 软件资源共享 用户数据共享 4、计算机网络的应用 办公自动化 远程教育 电子银行 证劵及期货交易 企业网络 智能大厦和结构化综合布线系统 3、计算机网络的分类
1、按拓扑类型分类 星形、总线形、环形、树形、混合形、网形 2、按网络的交换方式分类 电路、报文、分组 3、按网络覆盖范围分类 广域网、局域网、城域网 4、按网络传输技术分类 广播、点对点 5、计算机网络的标准化 国际标准化组织(IOS) 其他标准化机构，如国际电信联盟ITU、美国国家标准局NBS、美国国家标准协
会ANSI 欧洲计算机制造协会ECMA Internet的组织机构-因特网工程特别任务组IETF 第二章 计算机网络体系结构 1、网络的分层体系结构 网络协议的定义：微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 网络协议的三要素： 语义（用于协调和差错处理的控制信息） 语法（数据及控制信息的格式、编码及信号电平等） 定时（速度匹配和排序等） 网络的体系结构：计算机网络各层模型及协议的集合 2、OSI/RM开放系统互连参考模型 国际化标准组织ISO制定的 开放：表示能使任何两个遵循该参考模型和有关标准的系统进行互连 OSI的体系结构定义了一个七层模型（物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层） 第一层：物理层PH（physica） 提供相邻设备之间的比特流传输，只要考虑如何发送“0”和“1”，接收端 如何识别。 第二层：数据链路层DL（date-link） 负责相邻节点间的线路无差错的传输以帧为单位的数据，把一条有可能出现差错的链路变成一条让上层看来好像不出错的链路。 第三层：网络层N (network) 选择合适的路由，是发送站的传输层发下来的分组能够正确无误的按照地址找到目的站并交付目的站的传输层，这就是寻址功能。 第四层：传输层T (transport) 根据资源子网的特性最佳的利用网络资源，向上层提供一个可靠的端到端的服务。 第五层：会话层S（session） 向互联合作的进程之间提供一套会话设施，组织和同步他们的会话活动，并管理它们的数据交换过程。 第六层：表示层P (presentation) 提供端到端的信息传输，处理的是OSI系统之间用户信息的表示问题。 第七层：应用层A （application） 是OSI参考模型的最高层，确定进程间的通信的性质以满足用户的需求。 通信服务类型 面向连接服务 数据传输前必须建立连接、维护连接、释放连接。在数据传输过程中，各分组不需要携带目的节点的地址。确保了数据传送的次序和可靠性，但通信开始前的连接开销，协议复杂，通信效率不高。 无连接服务 每个分组携带目的节点的地址，各分组在通讯子网中式独立传送的。不需要建立连接、维护连接、释放连接三个过程，节省连接开销和许多保证机制，通信协议相对简单，效率较高；不同分组可能选择不同的路径的母的节点，先发送不一定先到达，可能会出现乱序、重复与丢失的现象，稳定性不好。
3、TCP/IP参考模型 TCP/IP：(传输控制协议/互连网协议) TCP/IP参考模型分为4层：主机——网路层、互连层、传输层、应用层 4、OSI/RM与TCP/IP参考模型的异同点 5、层次结构的概念 分层结构是解决异种机和异种网络互联问题的方法分层的好处在于： 容易解决通信的异质性（heterogeneity）问题 上层解决不同语言的互联翻译（数据的不同表示） 下层解决信息传递 使复杂问题简化，高层屏蔽细节问题 每层只关心本曾的内容，不用知道其他层如何实现的 使设计容易，每层为上一层提供服务，向下一层请求服务 6、局域网和TCP/IP的层次结层次 物理层： 信号的编码/译码、前导码的生成/除去、比特的发送/接收。 MAC层： 访问控制方式。 LAN的拓扑结构和媒体可以有多种，不同的拓扑结构和媒体，其访问控制不同，如总线型，各站点采用的是竞争方式。环形结构采用令牌环控制等，所以说局域网的差别主要体现在物理层和MAC层。 LLC层： 提供对高层的支持，它屏蔽了具体的媒体和访问控制方法，为连到局域网上的端系统提供端到端的差错控制和流量控制。由于在局域网，不存在网络层的路由问题，但为了对高层提供服务，LLC层要提供属于3层的功能。 网络接口层： 提供IP数据报的发送和接收。 该层使用协议为各通信子网本身固有的协议。例如以太网的802.3协议、令牌环网的802.5协议以及分组交互网的X.25协议等。 网络层： 提供计算机间的分组传输。(1)高层数据的分组生成；(2)底层数据报的分组组装；(3)处理路由、流控、拥塞等问题。 IP协议提供统一的地址格式和IP数据包格式，以消除各通信子网的差异，从而为信息发送方和接受方提供透明通道。 传输层： 提供应用程序间的通信。(1)格式化信息流；(2)提供可靠传输。 TCP协议提供面向连接的可靠的字节流传输；UDP协议提供无连接的不可靠的数据包传输。 应用层： 提供常用的应用程序。 例如：WWW服务、ftp、email、telnet等 第三章 物理层 1、物理层接口与协议 物理层的主要功能：实现比特流的透明传输，为数据链路层提供数据传输服务。单位为“比特”。 物理层接口：物理层上的协议有时也称为接口。物理层协议规定了建立、维持及断开物理信道
物理层的4个特性： 机械性：插头和插座的几何尺寸、插针或插孔芯数及其排列方式、锁定装置形式等做了详细说明 电气性：导线的电气连接及有关电路的特性，接口线的信号电平、发送器的输出阻抗、接收器的输入阻抗等电气参数 功能性：接口的信号来源、作用及其他信号之间的关系 规程性：交换电路进行数据将交换的控制步骤 物理层的举例：EIA RS-232C接口标准 传输速率低、距离短、串扰信号较大 EIA RS-449接口标准 传输距离远、数据传输率高、抗干扰性能好 2、传输介质 有线传输介质：双绞线、同轴电缆、光纤 无限传输介质：无线通信、微波通信、红外通信、激光通信 传输介质的选择取决于：网络拓扑结构、实际需要的通信容量、可靠性要求、能承载的价格范围 3、数据通信技术 数据、信号、误码率及数据通信的定义 放大器、中继器的作用 模拟数据或数字数据用模拟信号或数字信号表示的概念 数据传输速率、信号调制速率的定义及二者的关系 计算信道容量的两个公式：数据传输速率 R = 1/T * log(2)N 奈奎斯特公式 C = 2*H*log（2）N H信息的带宽 香农公式：C = H * log（2）(1+S/N) C信道数据传输的最大功率 通信方式： 串行 1.单工方式 2.半双工方式 3. 全双工方式 并行 异步传输和同步传输的工作原理 多路复用技术：1.频分多路复用技术(FDM) 2.时分多路复用技术(TDM) 3.波分多路复用技术(WDM) 4、数据编码 数字数据的数字信号编码： 1.归零码 2.不归零码 3.单极性码 4.双极性码 数字数据的模拟信号编码： 调制解调 （调幅、调频、调相） 模拟数据的数字信号编码： 脉码调制PCM（采样 量化 编码） 同步方法及其工作原理 1.位同步 外同步 自同步 曼彻斯特编码 从低到高“0” 从高到低“1” 差分曼彻斯特编码 有跳变“0” 无跳变“1” 2.群同步 起-止式同步发 ADSL的工作原理：
5、数据交换技术 数据交换技术 1.电路交换 2.报文交换 3.分组交换（虚电路传输、数据报传输） 4.高速交换 第四章 数据链路层 1、数据链路的功能 帧同步功能 1.使用字符填充的首尾定界符法 2.使用比特填充的首尾标志法（因特网） 3.违法编码(局域网) 4.字节计数法 差错控制功能 流量控制功能 1.停止等待方案 2.滑动窗口机制 链路管理功能 2、差错控制 差错检测 1.传输中的差错由噪声引起 2.差错控制包含两个任务 差错控制方法 1.自动请求重发ARQ（使用检错码） 2.前向纠错FEC（使用纠错码） 差错控制编码方法 1.奇偶校验码 2.循环冗余码 3.海明码 3、基本数据链路协议 1.停等协议 ARQ发送窗口和接受窗口大小都是1，发送方每发送一帧之后就必须停下来等待接收方的确认返回，仅当接收方确认正确接收后再继续发送下一帧。该方法所需的缓冲存储空间最小，缺点信道效率低。 2.顺序接受管道协议又称连续重发请求（GO-BACK-N） go-back-n，发送窗口大于1，接收窗口等于1.允许发送方连续发送信息帧，但是，一旦某帧错误必须重新发送该帧及其后的n帧。这种方式提供了信道的利用率，但允许已发送有待于确认的帧越多，可能要退回来重发的帧也越多。 3.选择重传协议 发送窗口和接收窗口都大于1。发送方仅重新传输发生错误的帧，并缓存错误帧以后发送的帧。与go-back-n相比，减少了出错帧以后正确帧都要重传开销。 4、链路控制规程 异步协议：如“起-止”式通信规程 同步协议: 1.面向字节的同步协议->二进制同步通信协议BSC 利用一个已经定义好的一种标准字符编码的一个自己来执行通信控制功能。由于BCS协议和特定的字符编码集关系过于密切，故兼容性较差。为满足数据链路的透明性而采用字符填充法，实现起来比较麻烦，且也采用的字符编码集。BSC采用半双工协议，它的链路传输很低。 2.面向比特的同步协议->高级数据链路控制协议HDLC 数据报文可以透明传输，用于实现透明，实现透明传输的“0比特插入法”易于硬件实现；全双工通信，有较高的数据链路传输效率；所用帧采用CRC检验，对信息帧进行顺序编号，可防止漏传、或重份，传输可靠性高；传输控制功能与处理功能分离，具有较大灵活性。
3.面向字节计数的同步协议 5、英特网的数据链路层协议 1.串行线路IP协议（SLIP） 提供在串行通信线路上封装IP分组的简单方法，用以使远程用户通过电话线和MODEM能方便的接入TCP/IP网络。SLIP是一种简单的组侦方式。其缺点是：SLIP不支持在连接过程中的动态IP地址分配，通信双方必须事先告诉对方IP地址；SLIP帧中无协议类型字段，只能支持IP协议；SLIP帧中无校验字段，因此链路层上无法检测出传输差错，必须由上层实体或具有纠错能力的MODEM来解决传输擦戳控制。 2.点到点协议（PPP协议） 具有处理错误检测、支持多个协议、允许在连接时刻协商IP地址、允许身份认证等功能。 第五章 网络层 1、网络层的功能 网络层在数据链路层提供的两个相邻端点之间的数据帧的传送功能上，进一步管理网络中的数据通信，将数据设法从源端经过若干个中间节点传送到目的端，从而向传输层提供最基本的端到端的数据传送服务。网络层的目的是实现两个端系统之间的数据透明传送，具体功能包括路由选择、拥塞控制和网际互联等。 2、通信子网的操作方式 1.虚电路 2.数据报 3、两种操作方式提供的服务 1.虚电路服务 2.数据报服务 4、路由选择 1.最优化原则 2.静态路由选择算法 最短路由选择算法 扩散法 基于流量的路由选择算法 3.动态路由选择算法 距离矢量路由算法 链路状态路由算法 4.移动主机的路由选择 5.广播路由选择 6.多播路由选择 5、拥塞控制 1.拥塞发生的原因 多条流入线路有分组到达，并需要同一输出线路，此时，如果路由没有足够的内存来存放这些分组，那么有的分组就会丢失。路由器的慢速处理器的缘故，以至于难以完成必要的处理工作，如缓冲排队、更新路由表等。 2.拥塞控制的通用原则 3.拥塞预防策略 6、服务质量 1.集成服务和区分服务 2.标签交换和MPLS 7、网络互连 1.网络互连的原理 在网络之间至少提供一条物理上的连接的链路，并具体对这条链路的控制规程。 在不同网络的进程之间提供合适的路由实现数据交换。 有一个始终记录不同网络使用情况并维护该状态信息的统一计费服务。
在提供以上服务时，尽可能不对互联在一起的网络的体系结构作任何修改。 2.网桥技术 3.网络互连协议 路由信息协议RIP 开放最短路径优先协议OSPF 4.网络互连设备 网桥：工作在数据链路层 路由器：工作在网络层 网关 8、英特网的互连层协议 1.IP协议 2.ARP协议和RARP协议 3.ICMP协议 4.IGMP协议 5.IPv6 第八章 局域网技术 1、介质访问子层 1.信道分配策略 静态分配 2.介质访问控制协议 争用协议（重点CSMA/CD） 无冲突协议 有限争用协议 2、IEEE802标准与局域网 1.IEEE802标准概述 IEEE802标准系列 局域网参考模型 2.IEEE802.2：逻辑链路控制子层 3.IEEE802.3：CSMA/CD 4.IEEE802.4：令牌环总线 5.IEEE802.5：令牌环 6.IEEE802.6：分布队列双总线 3、高速局域网 1.FDDI环网 2.快速以太网 3.千兆位以太网 4.万兆位以太网 5.交换以太网 4、无线局域网技术 1.无线局域网概况 2.IEEE802.11协议 3.IEEE802.11系列标准 4.蓝牙技术 5.IrDA和HomeRF技术 6.无线应用协议WAP 5、移动Ad Hoc网络 Ad Hoc网络的发展特点 Ad Hoc网络的结构 Ad Hoc网络的路由协议
与其他移动通信系统的比较 6、局域网操作系统 局域网操作系统概述 典型局域网操作系统简介 第九章 实用网络技术 1、分组交换技术 1.X.25协议 2.帧中继 2、异步传输模式 ATM交换 ATM的特征 ATM的层次结构 ATM的工作技术 3、第三层交换技术 第三层交换技术的引入 局域网L3交换技术 广域网L3交换技术 4、虚拟局域网技术 虚拟局域网的概念 虚拟局域网技术 虚拟局域网的划分方法 虚拟局域网的互联方式 5、虚拟专用网VPN VPN的概念 VPN的特点 VPN的安全技术 VPN的发展趋势 6、计算机网络管理与安全 网络管理基本功能 网络安全 常规加密解密方法，认证和数字签名