计算机网络（谢希仁第八版）知识点归纳

目录

第一章 概述

1.1计算机网络在信息时代中的作用

1.2互联网概述

        1.2.1网络的网络

        1.2.2互联网基础结构发展的三个阶段

        1.2.3互联网的标准化工作

1.3互联网的组成

         1.3.1互联网的边缘部分

        1.3.2互联网的核心部分

1.4计算机网络在我国的发展

1.5计算机网络的类别

1.5.1计算机网络的定义

1.5.2几种不同类别的计算机网络

1.6计算机网络的性能

1.6.1计算机网络的性能指标

1.6.2计算机网络的非功能特征

1.7计算机网路体系结构

1.7.1

1.7.2协议与划分层次

1.7.3具有五层协

1.7.4实体，协议，服务和服务访问点

1.7.5 TCP/IP的体系结构

第二章 物理层

2.1物理层的基本概念

2.2数据通信的基础知识

2.2.1数据通信系统的模型

2.2.2有关信道的几个基本概念

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第一章 概述

1.1计算机网络在信息时代中的作用

 21世纪最重要的特征就是数字化，网络化和信息化，他是一个以网络为核心的信息时代

三大类熟悉的网络：电信网络，有线电视网，计算机网络

Internet有两个译名，1，因特网 2，互联网。Internet是由数量极大的各种计算机网络互联起来的

互联网具有两个重要基本特点，连通性和共享

1.2互联网概述

        1.2.1网络的网络

计算机网络由若干节点（node）和连接这些节点的链路（link）组成

有多个网络通过一些路由器相互连接起来，构成了一个覆盖范围更大的计算机网络，这样的网络称为互联网（Internet）因此互连网是“网络中的网络”

网络把许多计算机连接在一起，而互联网则把许多网络通过一些路由器连接在一起。与网络相连的计算机常称为主机

        1.2.2互联网基础结构发展的三个阶段

第一阶段是从单个网络ARPANERT向互联网发展的过程

internet是一个通用名词，它泛指由多个计算机网络互连而成的计算机网络在这些网络之间的通信协议可以任意选择

Internet则是一个专业名词，他指当前全球最大的，开放的，由众多网络相互连接而成的特定互联网，它采用TCP/IP协议族作为通信的规则，且其前身是美国的ARPANET

第二阶段是建成了三级结构的互联网

三级计算机网络分为主干网，地区网，校园网，

第三阶段是逐渐形成了全球范围的多层次ISP结构的互联网，同时出现了一个新的名词：互联网服务提供者/提供商ISP（Internet Service Provider）

        1.2.3互联网的标准化工作

1992年由于互联网不再归美国政府管辖，因此成立了一个国际性组织叫作互联网协会（Internet Society）简称ISOC，其下有一个技术组织互联网体系结构委员会IAM其下设有两个工程部

互联网工程部IETF   互联网研究部IRTF

制定互联网的正式标准

（1）互联网草案（Internet Draft）-互联网草案的有效期只有六个月，在这个阶段还不能算是RFC文档

（2）建议标准（Proposed Standard）-这个阶段开始成为RFC文档

（3）互联网标准（Internet Standard）-如果经过长期的检验，证明了某个标准可以成为互联网标准时，就给它分配一个标准的编号，记为STDxx

1.3互联网的组成

（1）边缘部分，这部分是用户直接使用的（计算机网络大部分协议都是在边缘部分）

（2）核心部分，这部分是为边缘部分提供服务的

         1.3.1互联网的边缘部分

处在互联网边缘的部分就是连接在互联网上的所有主机，这些主机又叫做端系统（end system）端系统可以是一台普通的电脑，也可以是大型计算机(这类计算机一般被称为服务器server)

计算机之间的通信是指“主机A的某个进程和主机B上的另一个进程进行通信”简称”计算机之间通信”

网络边缘的端系统之间的通信方式可以分为：客户-服务器方式（C/S方式）和对等方式（P2P方式）

1.客户（client）-服务器（server）方式

客户为服务请求方，服务器是服务提供方

2.对等连接方式（peer to peer P2P）

对等连接中的每一台主机既是客户又是服务器

        1.3.2互联网的核心部分

在网络核心部分起作用的是路由器（router），它是一种专用计算机（但不叫作主机）。路由器是实现分组交换（packet switching），其任务是转发收到的分组，这是网络核心部分最重要的功能

1，电路交换的主要特点

电路交换是一条专用的物理通路这种必须经过建立连接（占用通信资源）---通话（一直占用通信资源）---释放连接（归还通信资源）三个步骤的交换方式称为电路交换

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

使用其来传计算机数据时，其线路的传输效率往往很低。

2，分组交换的主要特点

分组交换则采用存储转发技术，把发送的整块数据称为报文（message），发送前把较长的报文段划分为更小的等长的数据报，加上首部（header）就构成了一个分组（packet），分组又称“包”，而首部又叫“包头”

位于网络边缘部分的主机和位于网络核心部分的路由器都是计算机，但其作用却很不一样，主机是为用户进行信息处理的，路由器则是用来转发分组的，即进行分组交换

当我们讨论互联网的核心部分中的路由器转发分组的过程时，往往把单个的网络简化成一条链路，而路由器成为核心部分的节点

分组交换的优点：高效，灵活，迅速，可靠

分组问题，分交换也带来了一些新的组在各路由器存储转发时需要排队，这就会造成一定的时延

三种交换方式的主要特点

电路交换——整个报文的比特流连续地从源点直达终点，好像在一个管道中传送

报文交换——整个报文先传送到相邻节点，全部存储下来后查找转发表，转发到下一个节点

分组交换——单个分组（这只是整个报文的一部分）传送到相邻节点，存储下来后查找转发表，转发到下一个节点

1.4计算机网络在我国的发展

1.5计算机网络的类别

1.5.1计算机网络的定义

计算机网络是互连的，自治的计算机集合：互连-互联互通  自治-无主从关系

1.5.2几种不同类别的计算机网络

1.按照网络的作用范围进行分类

（1）广域网WAN（Wide Area Network）

（2）城域网MAN（Metropolitan Area Network）

（3）局域网LAN（Local Area Network）

（4）个人区域网PAN（Personal Area Network）

2.按照网络的使用者进行分类

（1）公用网（public network）

（2）专用网（private network）

3.用来把用户接入到互联网的网络

这种网络就是接入网AN（Access Network），它又称本地接入网或居民接入网，很多接入网还是输入局域网

1.6计算机网络的性能

1.6.1计算机网络的性能指标

1.速率

比特（bit）是信息论中使用的信息量的单位。网络技术中的速率指的是数据的传输速率（数据率data rate）or（比特率bit rate）速率的单位是bit/s（b/s  bps）当我们谈及网络速率时不应省略速率单位中应有的bit/s

单位换算：k（kilo） = 10**3 = 千，M（Mega） = 10**6 = 兆，G（Giga） = 10**9 = 吉

这里要注意的是，比特是计算机中数据量的单位8bit = 1Byte KB = 2**10B

                                而bit/s则是常用数据率的单位bit/s kb/s = 10**3b/s  Mb/s = k*kb/s = 10**6b/s

2.带宽

带宽（bandwidth）有以下两种定义

（1）带宽本来是指某个信号具有的频带宽度在传统的通信线路上传送的电话信号的标准带宽是3.1kHz（从300Hz到3.4kHz即话音的主要成分的频率范围）这种带宽的单位是赫（物理属性）

（2）在计算机网路中，带宽则是表示网络中某通道传送数据的能力，表示在单位时间内网络中所能通过的“最高数据率”，这种意义的带宽的单位就是数据率的单位bit/s,是“比特每秒”

总结：前者为频域称谓，后者为时域称谓

3.吞吐量

吞吐量（throughput）表示在单位时间内通过某个网络的实际数据量

4.时延

时延（delay）（延迟or迟延）是指数据（一个报文或者分组）从网络的一端到另一端所花费的时间

（1）发送时延 是主机或路由器发送数据帧=数据所需要的时间 

发送时延 = 数据帧长度（bit）/ 发送速率（bit/s）

（2）传播时延 是电磁波在信道中传播一定的距离需要花费的时间

传播时延 = 信道长度（m） / 电磁波在信道上的传播速率（m/s）

这里要注意的是电磁波在自由空间的传播速度是光速，3.0*10**5km/s 在铜线电缆的传播速率约为2.3*10**5km/s一般都是记为200m/us 在光纤中为2.0*10**5km/s

前面这两种时延有本质上的不同发送时延发生在机器内部的发送器中与传输信道的长度没有任何关系  而传播时延则与信号的发送速率无关。信号传送的距离越远，传播时延就越大

（3）处理时延 主机或路由器在收到分组时要花费一定的时间进行处理，例如分析分组的首部、从分组中提取数据部分、进行差错或查找适当的路由等等

（4）排队时延

当我们刻画排队时延的时候，我们通常采取统计手段，比如平均排队时延，排队时延的方差，排队时延超过某个特定值的概率。

总时延 = 发送时延 +　传播时延 + 处理时延 + 排队时延

5.时延带宽积

时延带宽积 = 传播时延 * 带宽

• 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
• 带宽：某信道所能通过的“最高数据率”，单位为数据率单位bit/s,即“比特每秒”

6.往返时延RTT（Round-Trip Time）

 RTT 为数据完全发送完（完成最后一个比特推送到数据链路上）到收到确认信号的 时间

例如：A向B发送数据，如果数据长度为100MB，发送速率为100Mbit/s，那么

发送时间 = 数据长度/发送速率 = 100*2**20*8/100*10**6 8.39s

但假定A只有在收到B的确认信息后，才能继续向B发送数据，这里就需要一个往返时延RTT（这里忽略B的发送时延）。如果RTT= 2s，那么A向B发送数据的

有效数据率 = 数据长度/发送时间+RTT = 100*2**20*8/8.39+2  80.7* 10**6bit/s80.7Mbit/s

7.利用率

利用率有信道利用率和网络利用率两种

信道利用率：信道有百分之几的时间是被利用的（有数据通过），空闲信道的利用率为零

网络利用率：全网络的信道利用率的加权平均值。

信道利用率并非越高越好。 这是因为，根据排队的理论，当某信道的利用率增大时，该信道引起的时延也就迅速增加

1.6.2计算机网络的非功能特征

1.费用  2.质量  3.标准化  4.可靠性  5.可扩展性和可升级性  6.易于管理和维护

1.7计算机网路体系结构

在计算机网络的基础概念中，分层次的体系结构（架构）是最基本的

1.7.1

1.7.2协议与划分层次

这些规则明确规定了所交换的数据的格式以及有关的同步问题，这些为进行网络中的数据所交换而建立的规则，标准或约定称为网络协议--三要素：语法，语义，同步

分层的好处：1.各层之间是独立的 2.灵活性好 3.结构上可分隔开 4.易于实现和维护

5.能促进标准化工作，各层所要完成的功能主要是：（1）差错控制，差错控制视频（2）流量控制（3）分段和重装（4）复用和分用（5）建立连接和释放

计算机网络的各层及其协议的集合就是网络的体系结构（architecture）

计算机网络的体系结构就是这个计算机网络及其构件所应完成的功能的精确定义

1.7.3具有五层协

OSI七层协议体系结构概念清除，理论完整，但它既复杂又不实用

TCP/IP四层体系结构  计算机网络所讲基于两者之间既综合OSI和TCP/IP的优点所示的五层协议的体系结构

 （1）应用层（application layer）

应用层是体系结构中的最高层，应用层的任务是通过应用进程间的交互来完成特定网络应用，应用层协调定义的是应用进程间通信的交互规则，这里的进程就是指主机正在运行的程序  

协议：DNS HTTP SMTP

我们把应用层交互的数据单元称为报文（message）

（2）运输层（transport layer）

运输层的主要任务就是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，应用进程利用该服务传送应用层报文，运输层有复用和分用的功能

协议：传输控制协议TCP（Transmission Control Protocol）——提供面向连接的，可靠的数据传输服务，其数据传输的单位是报文段（segment）

         用户数据报协议UDP（User Datagram Protocol）——提供无连接的尽最大努力（best-effort）的数据传输服务（不保证数据传输的可靠性），其数据传输的单位是用户数据报

(3)网络层（network layer）

在发送数据时，网络层把运输层产生的报文段或用户数据报封装成分组或包进行传送，在TCP/IP体系中，由于网络层使用IP协议，因此分组也叫IP数据报，互联网是由大量异构（heterogeneous）网咯通过路由器（router）相互连接起来的，互联网使用的网络层协议是无连接的网际协议IP(Internet Protocol)和许多种路由选择协议

(4)数据链路层（data link layer）

简称链路层，将网络层交下来的IP数据报组装成帧（framing）在两个相邻节点间的链路上传送帧（frame），每一帧包括数据和必要的控制信息（如同步信息，地址信息，差错控制等）

（5）物理层（physical layer）

在物理层上所传数据的单位是比特，但双绞线，同轴电缆，光缆这些并不在物理层协议之内，而是在物理层协议之下

1.7.4实体，协议，服务和服务访问点

在研究开放系统中的信息交换时，实体（entity）用来表示任何可发送或接收信息的硬件或软件进程

协议是控制两个对等实体（或多个实体）进行通信的规则的集合，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，还需要使用下一层所提供的服务

协议和服务在概念上是很不一样的，使用本层服务的实体只能看见服务而无法看见下面的协议，下面的协议对上面的实体是透明的

协议是“水平的”，协议是控制对等实体之间通信的规则。但服务是“垂直的”即服务是由下层向上层通过层间接口提供的，被高一层实体“看得见”的功能才能称之为“服务”

1.7.5 TCP/IP的体系结构

TCP/IP的体系结构比较简单

第二章 物理层

2.1物理层的基本概念

物理层的一些特性

（1）机械特性  （2）电气特性 （3）功能特性（4）过程特性

2.2数据通信的基础知识

2.2.1数据通信系统的模型

一个数据通信系统可划分为三大部分

源系统（即发送端，发送方）——包含源点（source）发送器

传输系统（传输网络）

目的系统（接收端，接收方）-——接收器和终点（destination）

数据（data）是运送消息的实体

信号（signal）则是数据的电气或电磁的表现

信号可以分为以下两个大类

1）模拟信号，或连续信号 2）数字信号，或离散信号

2.2.2有关信道的几个基本概念

从信道的双方信息交互的方式来看，有三种基本方式

（1）单向通信（单工通信）

（2）双向交替通信（半双工通信）

（3）双向同时通信（全双工通信）

（1）常见的编码方式

不归零制：正电平表示1，负电平表示0

归零制：正脉冲表示1，负脉冲表示0

曼彻斯特编码：前T/2画本身，后T/2画相反

差分曼切斯特编码：1变0不变

（2）基本的带通调制方法