计算机网络期末复习——阆苑学子

第一章：概述

计算机网络为用户提供连通性和共享服务

①.三网融合的概念(P1)

电信网络、有线电视网络、计算机网络三网融合

②.计算机网络的定义和分类(P19-20)

1.定义：

​ 计算机网络主要是由一些通用的、可编程的硬件互连而成的，而这些硬件并非专门用来实现某一特定目的
这些可编程的硬件能够用来传送多种不同类型的数据，并能支持广泛的和日益增长的应用

2.分类：

• 按照范围分：广域网、城域网、局域网、个人区域网
• 按使用者分：公用网、专用网

③.互连网和互联网的定义、组成(P5)

互连网

1.定义：

​ 由多个计算机网络互连而成的计算机网络，网络之间的通讯协议可以任意选择，不一定为TCP/IP协议

互联网

1.定义：

​ 全球最大的、开放的、由众多网络相互连接而成的特定互连网，采用TCP/IP协议族作为通信的规则

2.组成：

​ 1.边缘部分：由所有连接在互联网上的主机组成，用户直接使用的

​ 2.核心部分：由大量网络和连接这些网络的路由器组成，为边缘部分提供服务的

④.客户-服务器通信方式(P11)

• 定义：客户-服务器方式是进程之间服务和被服务的关系，客户是服务请求方，服务器是服务提供方

• 特点：1.客户程序必须知道服务器程序的地址
  2.不需要特殊的硬件和复杂的操作系统

⑤.分组交换、电路交换、报文交换(P17)

1.分组交换

转发收到的分组，采用存储转发技术，把一个报文划分为几个分组后再进行传送

2.电路交换

建立连接》》通话》》释放连接

3.报文交换

基于存储转发原理

4.分组、电路、报文交换的区别

区别

1.电路交换——整个报文的比特流连续地从源点直达终点

2.报文交换——整个报文先传送到相邻结点，全部存储下来后查找转发表，转发到下一个结点

3.分组交换——单个分组（报文的一部分）传送到相邻的结点，存储下来后查找转发表，转发到下一个结点

优缺点

1.连续传输大量数据时——电路交换

2.传送突发数据时——报文交换、分组交换不用预先分配传输带宽，所以可提高网络信道的利用率

3.时延小、灵活性高——一个分组的长度远远小于整个报文的长度

⑥.计算机网络的性能指标(P21)

1.速率

数据的传送速率

2.带宽

在计算机网络中，带宽表示网络中某通道传送数据的能力

单位：bit/s

3.吞吐量

单位时间内通过某个网络的实际的数据量

4.时延

5.时延带宽积

6.往返时间RTT

7.利用率

⑦.分层的思想(P30)

1.应用层（最高层）

通过应用进程间的交互来完成特定网络应用，协定定义应用进程间通信和交互的规则

2.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

• 最重要的协议——TCP&UDP

3.网络层

• 负责为分组交换网上的不同主机提供通信服务
• 最重要的协议——IP

4.数据链路层

接收网络层交下的IP数据报组装成帧，从中提取数据的部分，并丢弃差错的帧，后上交给网络层

5.物理层

考虑电压，插头的引脚和引脚之间如何连接

⑧.透明的概念(P34)

使用本层服务的实体，只能看见服务，无法看见下面的协议，下面的协议对上面的实体是透明的

⑨.网络协议、实体、服务、服务访问点(P34)

• 实体——任何可发送或接收信息的硬件或软件进程
• 协议——控制两个或两个以上对等的实体进行通信的规则的集合，协议是“水平的”
• 服务——由下层向上层通过层间接口提供的，服务是“垂直的”
• 服务访问点——同一系统中相邻两层的实体进行交互的地方

⑩.OSI/RM 体系结构，TCP/IP 体系结构，五层体系结构

[^]: 2021.7.02 星期五

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第二章：物理层和数据通信基础

①.物理层的四大规程

• 机械特性——指明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
• 电器特性——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的意义
• 功能特性——指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序

②.通信基础知识

1. 通信系统

分为三大部分——源系统（发送端）、传输系统（传输网络）、目的系统（接收端）

2. 数据

• 数据是运送消息的实体

3. 信号

1. 信号是数据的电气或电磁的表现

2. 分为模拟信号（连续信号）、数据信号(离散信号）

• 模拟信号——消息的参数的取值是连续的
• 数字信号——消息的参数的取值是离散的
• 码元——在使用时间域的波形表示数字信号时，代表不同离散数值的基本波形就成为码元

4. 调制

1. 为什么需要调制？？

因为基带信号（信源的信号）往往包含较多的低频成分，甚至有直流成分，许多信道不能传输低频分量或直流分量，所以需要调制

2. 调制的种类
   • 基带调制（编码）——仅对基带信号的波形进行变换，变换后的信号仍然是基带信号，把数字信号转换成另一种数字信号。
   • 带通调制——把基带信号的频率范围转到较高的频段，并转换成模拟信号。

5. 解调

• 调制的逆过程

6. 双工方式

• 单工信道——只有一个方向的通信
• 双向交替通信——双方都可以发送信息，但不能同时发送
• 双向同时通讯——双方可以同时发送信息

7. 曼切斯特

• 周期中心的向上跳变代表0，位周期中心的向下跳代表1

8. 差分曼切斯特编码

• 每一位中心处始终都有跳变

③.基本的带通调制方法

• 调幅——载波的振幅随基带数字信号而变化
• 调频——载波的频率随基带数字信号而变化
• 调相——载波的初始相位随基带数字信号而变化

④.香农公式

信道的极限信息传输速率C是：C=W log2(1+S/N) （bit/s）

W=信道的带宽，S=信道内所传信号的平均功率，N为信道内部高斯噪声功率

⑤.常见有线传输介质，重点是双绞线和光纤

1.双绞线

• 组成——两根相互绝缘的铜导线用规则的方法绞合起来
• 优点——可减少相邻导线的电磁干扰
• 屏蔽双绞线——双绞线外面加上一层金属丝编织成的屏蔽层

2.光纤

• 组成——非常透明的石英玻璃拉成细丝，主要由纤芯和包层构成双层通信圆柱体
• 优点——通信容量非常大
• 特点
  1. 传输损耗小，中继距离长，对远距离传输特别经济
  2. 抗雷电和电磁干扰性能好
  3. 无串音干扰，保密性好
  4. 体积小，重量轻
• 多模光纤——可以存在多条不同角度入射的光线在一条光纤中传输
• 单模光纤——不会产生多次反射，光线一直向前传播

⑥.复用技术

最基本的复用是频分复用FDM和时分复用TDM

1.频分复用FDM

• 同时占用不同的带宽资源——用户分配到一定频带后，通信过程中至始至终都占用这个频带

2.时分复用TDM

• 不同时间内占用同样的带宽资源

3.统计时分复用STDM

• 使用集中器连接用户，然后数据集中起来通过高速线路发送到远程计算机

  

3.波分复用WDM——光的频分复用

• 只能在一根光纤上复用两路光载波信号

⑦.码分多址

• 每个用户可以在同样的时间使用同样的频带进行通信

⑧.宽带接入技术（ADSL\HFC\FTTx）

1. ADSL技术

• 非对称数字用户线，用数字技术对现有的模拟电话用户线进行改造

2. HFC技术

• 光纤同轴混合网，覆盖面很广的有线电视网的基础上开发的一种居民宽带接入网

3. FTTx技术

• 光纤到户技术，向外延伸到用户家门口一定距离的地方

[^]: 2021.7.3 星期六

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第三章：数据链路层和局域网

①.数据链路层三个基本问题(帧封装、透明传输、差错检测)

1. 封装成帧

• 在一段数据的前后分别添加首部和尾部,这样就构成了帧

2. 透明传输

• 由于帧的开始和结束的标记是使用专门指明的控制字符——8比特的组合
  所以键盘上不管输入什么字符都可以从帧中穿过去——透明传输

3. 差错检测

• 由于比特在传输过程中可能会产生差错——比特差错
  所以为了保证数据传输的可靠性，在计算机网络传输数据时，必须采用各种差错检测措施
• 常用方法：循环冗余检验CRC

②.点对点PPP协议

1. PPP协议的概念

• 用户需要连接某个ISP才能连接到互联网，PPP协议是用户计算机和ISP进行通信时所使用的数据链路层协议

2. PPP协议的特点

• 特点：简单、只检测差错，而不是纠正差错；不使用序号，也不进行流量控制；可同时支持多种网络层协议

3. PPP协议应满足

1. 简单——通过CRC检测的帧就接收，反之直接丢弃
2. 封装成帧——规定特殊字符作为一个帧的开始和结束（帧定界符）
3. 透明性——需要采取有效措施解决出现了和帧定界符一样的比特组合
4. 多种网络层协议——在同一条物理链路层上同时支持多种网络层协议
5. 多种类型链路——必须能够在多种类型的链路上运行
6. 差错检测——对接收端收到的帧进行检测，并丢弃有差错的帧
7. 检测连接状态——及时检测链路是否处于正常工作状态
8. 最大传送单元——对点对点链路设置最大传送单元MTU，超过MTU数值的分组，丢弃该帧
9. 网络层地址协商——提供一种机制使通信中的两个网络层的实体通过协商知道或能配置彼此的网络层地址
10. 数据压缩协商——提供一种方法来协商使用数据压缩算法

3. PPP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

4. PPP的工作状态

• PPP链路的起始和终止状态永远都是链路静止的状态，这时在用户个人电脑和ISP的路由器之间不存在物理层的连接

③.局域网常见拓扑

1. 局域网主要的特点

• 网络为一个单位所拥有，且地理范围和站点数据均有限

2. 局域网主要的优点

1. 具有广播功能
2. 便于系统的扩展和逐渐演变
3. 提高了系统的可靠性、可用性、生存性

3. 局域网的拓扑图

• 按网络进行拓扑——星型网、环形网、总线网

④. 网卡的功能

• 进行数据串行传输和并行传输的转换

⑤. CSMA/CD协议原理

1. 定义——载波监听多点接入/碰撞检测

2. 要点

   • 多点接入——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——发送前或者发送中，必须不停检测信道，如果检测到已经有其他站在发送就暂时不发送数据
   • 碰撞检测——边发送边监听，一但检测到总线发生了碰撞，全都停止发送

⑥. MAC地址、MAC帧格式、无效帧

1. MAC地址

• 定义：MAC地址也叫硬件地址或物理地址，实际上就是适配器地址或适配器标识符EUI-48
  当一块适配器嵌入到某台计算机后，适配器上的标识符EUI-48就成为这台计算机的MAC地址了

2. MAC帧格式

1. DIX Ethernet V2标准（以太网V2标准）

• 组成：

  前两个字段——6字节长的目的地址和源地址

  第三个字段——2字节的类型字段

  第四个字段——46字节的数据字段

  最后的字段——4字节的帧检验序列

2. IEEE的802.3标准

3. 无效帧

• 帧的长度不是整数个字节
• 用收到的帧检验序列FCS查出有差错
• 收到的帧的MAC客户数据字段的长度不在46~1500字节之间

⑦. 集线器、网桥的工作原理

1. 集线器（在物理层扩展）

• 使用集线器可以在物理层扩展以太网（扩展后的以太网仍然是一个网络）

2. 网桥（在数据链路层扩展）

• 根据对收到的帧根据其MAC帧的目的地址进行转发和过滤

3. 交换式集线器

• 一个多接口的网桥，称为以太网交换机或第二层交换机

⑧.虚拟局域网的概念、原理

1. 概念

• 虚拟局域网VLAN是由一些局域网网段构成的与物理位置无关的逻辑组，而这些网段具有某些共同的需求
  每一个VLAN的帧都有一个明确的标识符，指明发送这个帧的计算机属于哪一个VLAN

[^]: 2021.7.04 星期日

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