计算机网络重点知识总结_谢希仁版分析.pdf
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1、1st 计算机网络知识要点总结 一、现在最主要的三种网络 电信网络(电话网) 有线电视网络 计算机网络(发展最快,信息时代的核心 技术 ) 二、 internet 和 Internet internet 是普通名词 泛指一般的互连网(互联网) Internet 是专有名词 ,标准翻译是“因特网” 世界范围的互连网(互联网) 使用TCP/IP 协议族 前身是美国的阿帕网ARPANET 三、计算机网络的带宽 计算机网络的带宽是指网络可通过的最高数据率,即每秒多少比特。 描述带宽也常常把“比特/秒”省略。 例如,带宽是10 M,实际上是10 Mb/s。注意:这里的M 是 10 6。 四、对宽带传输的
2、错误概念 在网络中有两种不同的速率: 信号(即电磁波)在传输媒体上的传播速率 (米/秒,或公里 /秒) 计算机向网络发送比特的速率(比特/秒),也叫 传输速率。 这两种速率的意义和单位完全不同。 宽带传输:计算机向网络发送比特的速率较高。 宽带线路:每秒有更多比特从计算机注入到线路。 宽带线路和窄带线路上比特的传播速率是一样的。 早期的计算机网络采用电路交换 ,新型的计算机网络采用分组交换的、基于存储转发的方式。 分组交换: 在发送端把要发送的报文分隔为较短的数据块 每个块增加带有控制信息的首部构成分组(包) 依次把各分组发送到接收端 接收端剥去首部,抽出数据部分,还原成报文 IP 网络的重要
3、特点 每一个分组独立选择路由。 发往同一个目的地的分组,后发送的有可能先收到(即可能不按顺序接收)。 当网络中的通信量过大时,路由器就来不及处理分组,于是要丢弃一些分组。 因此,IP 网络不保证分组的可靠地交付。 IP 网络提供的服务被称为: 尽最大努力服务(best effort service) 五、最重要的两个协议:IP 和 TCP TCP 协议保证了应用程序之间的可靠通信,IP 协议控制分组在因特网的传输,但因特网不保证可靠交 2nd 付. 在 TCP/IP 的应用层协议使用的是客户服务器方式。 客户 (client) 和服务器 (server)都是指通信中所涉及的两个应用进程。 客户
4、服务器方式所描述的是进程之间服务和被服务的关系。 当 A 进程需要B 进程的服务时就主动呼叫B 进程,在这种情况下,A 是客户而B 是服务器。 可能在下一次通信中,B 需要A 的服务,此时,B 是客户而A 是服务器。 注意: 使用计算机的人是“用户”(user)而不是“客户” (client) 。 客户和服务器都指的是进程,即计算机软件。 由于运行服务器进程的机器往往有许多特殊的要求,因此人们经常将主要运行服务器进程的 机器(硬件)不严格地称为服务器。 例如, “这台机器是服务器。 ” 意思是:“这台机器(硬件)主要是用来运行服务器进程(软件)。 ” 因此,服务器 (server)一词有时指的
5、是软件,但也有时指的是硬件。 六、总结 因特网 (Internet) 是世界范围的、互连起来的计算机网络,它使用TCP/IP 协议族,并且它的前身是美 国阿帕网ARPANET 。 计算机网络的带宽是网络可通过的最高 数据率。 因特网使用 基于存储转发的分组交换,并使用IP 协议传送IP 分组。 路由器把许多网络互连起来,构成了互连网。路由器收到分组后,根据路由表查找出下一跳路由器的 地址,然后转发分组。 路由器根据与其他路由器交换的路由信息构造出自己的路由表。 IP 网络提供尽最大努力服务,不保证可靠交付。 TCP 协议保证 计算机程序之间的、端到端的可靠 交付。 在 TCP/IP 的应用层协
6、议使用的是客户服务器方式。 客户和服务器都是进程(即软件)。客户是服务请求方,服务器是服务提供方。 服务器有时也指“运行服务器软件”的机器。 = 一、 IP 网络是虚拟网络 IP 网络是虚拟的。在IP 网络上传送的是IP 数据报( IP 分组)。 实际上在网络链路上传送的是“帧”,使用的是帧的硬件地址(MAC 地址) 。 地址解析协议ARP 用来把IP 地址(虚拟地址)转换为硬件地址(物理地址)。 二、 IP 地址的表示方法 IP 地址的表示方法有两种:二进制 和点分十进制。 IP 地址是32 位二进制数字,为方便阅读和从键盘上输入,可把每8 位二进制数字转换成一个十进制数字,并 用小数点隔开
7、,这就是点分十进制。 三、因特网的域名 因特网的域名分为: 顶级域名 二级域名 三级域名 3rd 四级域名 四、 域名服务器DNS (Domain Name Server) 因特网中设有很多的域名服务器DNS,用来把域名转换为IP 地址。 五、 电子邮件 发送邮件使用的协议简单邮件传送协议SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) 接收邮件使用的协议邮局协议版本3 POP3 (Post Office Protocol version 3) 注:邮件的传送仍然要使用IP 和 TCP 协议 六、统一资源定位符URL (Uniform Resource Locator)
8、 URL 用来 标识万维网上的各种文档。 因特网上的每一个文档,在整个因特网的范围内具有惟一的标识符URL 。 URL 实际上就是文档在因特网中的地址 。 七、超文本传送协议HTTP (HyperText Transfer Protocol) 万维网客户程序与服务器程序之间的交互遵守超文本传送协议HTTP 。 八、结束语 IP 地址是32 位二进制数字。为便于阅读和键入,也常使用点分十进制记法。 个人用户上网可向本地ISP 租用临时的IP 地址。 域名服务器DNS 把计算机域名转换为计算机使用的32 位二进制IP 地址。 发送电子邮件使用SMTP 协议,接收电子邮件使用POP3 协议。 统一资
9、源定位符URL 惟一地确定了万维网上文档的地址。 超文本传送协议HTTP 用于万维网浏览器程序和服务器程序的信息交互。 超文本标记语言HTML 使万维网文档有了统一的格式。 IP 电话不使用TCP 协议。利用IP 电话网关使得在普通电话之间可以打IP 电话。 = 一、 因特网服务提供者ISP (Internet Service Provider) 根据提供服务的覆盖面积大小以及所拥有的IP 地址数目的不同,ISP 也分成为不同的层次。 二、 两种通信方式 在网络边缘的端系统中运行的程序之间的通信方式通常可划分为两大类:C/S 方式和 P2P 方式 (Peer-to-Peer,对等方式)。 三、
10、 因特网的核心部分 网络核心部分是因特网中最复杂的部分。 网络中的核心部分要向网络边缘中的大量主机提供连通性,使边缘部分中的任何一个主机都能够向其 他主机通信(即传送或接收各种形式的数据)。 因特网的核心部分是由许多网络 和把它们互连起来的路由器 组成,而 主机处在因特网的边缘部分。 在因特网核心部分的路由器之间一般都用高速链路相连接,而在网络边缘的主机接入到核心部分则通 常以相对较低速率的链路相连接。 4th 主机 的用途是为用户进行信息处理的,并且可以和其他主机通过网络交换信息。路由器 的用途则是用 来转发分组的,即进行分组交换的。 在网络核心部分起特殊作用 的是 路由器 (router)
11、。 路由器是实现分组交换 (packet switching) 的关键构件,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。 四、 电路交换 电路交换必定是面向连接 的。 电路交换的三个阶段:建立连接 、通信 、 释放连接 。 五、 网络的分类 不同作用范围的网络 广域网WAN (Wide Area Network) 局域网LAN (Local Area Network) 城域网MAN (Metropolitan Area Network) 个人区域网PAN (Personal Area Network) 从网络的使用者进行分类 公用网(public network) 专用网(priv
12、ate network) 用来把用户接入到因特网的网络 接入网AN (Access Network) ,它又称为本地接入网或居民接入网。 注:由ISP 提供的接入网只是起到让用户能够与因特网连接的“桥梁”作用。 六、计算机网络的性能指标 速率 带宽 吞吐量 时延 (delay 或 latency) 传输时延 (发送时延 ) 从发送数据帧的第一个比特算起,到该帧的最后一个比特发送完 毕所需的时间。 传播时延电磁波在信道中需要传播一定的距离而花费的时间。 注:信号传输速率(即发送速率)和信号在信道上的传播速率是完全不同的概念。 处理时延交换结点为存储转发而进行一些必要的处理所花费的时间。 排队时延
13、结点缓存队列中分组排队所经历的时延。 总时延= 发送时延 +传播时延 +处理时延 +处理时延 时延带宽积 利用率分为 信道利用率 和网络利用率 。 5th 信道利用率某信道有百分之几的时间是被利用的(有数据通过)。 网络利用率全网络的信道利用率的加权平均值。 注:信道利用率并非越高越好。 七、 网络协议 (network protocol) 简称为 协议 ,是为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定。其组成要素有以下三点: 语法数据与控制信息的结构或格式。 语义需要发出何种控制信息,完成何种动作以及做出何种响应。 同步事件实现顺序的详细说明。 八、实体、协议、服务和服务访问点 实体 (e
14、ntity) 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,还需要使用下层所提供的服务。 本层的服务用户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服务用户是透明的。 协议是“水平的” ,即协议是控制对等实体之间通信的规则。 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。 同一系统 相邻两层 的实体进行 交互 的地方,称为 服务访问点SAP (Service Access Point)。 九、 TCP/IP 的体系结构 路由器 在转
15、发分组时最高 只用到 网络层 ,而没有使用运输层和应用层。 = 6th 第二章物理层 一、物理层的基本概念 物理层的主要任务是确定与传输媒体的接口的一些特性,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。 过程特性 指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序。 二、几个术语 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。 “模拟的 ”(analogous)代表消息的参数的取值是连续 的。 “数字的 ”(digi
16、tal) 代表消息的参数的取值是离散 的。 码元 (code)在使用时间域(或简称为时域)的波形表示数字信号时,代表不同离散数值的基 本波形 。 三、 有关信号的几个基本概念 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。 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)。 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。 四、基带信号和调制 基带信号往往包含有较多的低频成分,甚至有直流成分,而许多信道并不能传输这种低频分量或 直流分量。为了解决这一问题,就必须对基带信号进行调制 (modulation) 。 最
17、基本的二元制调制方法有以下几种: 调幅 (AM) :载波的振幅随基带数字信号而变化。 调频 (FM) :载波的频率随基带数字信号而变化。 调相 (PM): 载波的初始相位随基带数字信号而变化。 7th 五、导向传输媒体 双绞线、同轴电缆、光缆、无线信道 。 六、信道复用技术 复用 (multiplexing) 是通信技术中的基本概念。 复用技术的分类: 频分复用FDM(Frequency Division Multiplexing) 时分复用TDM(Time Division Multiplexing) 波分复用WDM(Wavelength Division Multiplexing) 码分复
18、用CDM(Code Division Multiplexing) 常用的名词是 码分多址CDMA (Code Division Multiple Access)。 各用户使用经过特殊挑选的不同码型,因此彼此不会造成干扰。 这种系统发送的信号有很强的抗干扰能力,其频谱类似于白噪声,不易被敌人发现。 8th 每一个比特时间划分为m 个短的间隔,称为码片 (chip)。 码片序列 (chip sequence) 每个站被指派一个唯一的m bit 码片序列。 如发送比特1,则发送自己的m bit 码片序列 。 如发送比特0,则发送该码片序列的二进制反码 。 例如, S 站的8 bit 码片序列是000
19、11011。 发送比特1 时,就发送序列00011011, 发送比特0 时,就发送序列11100100。 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) 。 两个不同站的码片序列正交 , 就是向量 S 和 T 的规格化 内积 (inner product) 都是0: 0 1 1 m i iiT S m TS 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 : 一个码片向量和该码片反码的向量的规格化内积值是1。 CDMA 的工作原理 = 9th 第 3 章数据链路层 一、数据链路层使用的信道分类 数据链路层使用的信道主要有以下两种类型: 点对点信道 :这种信
20、道使用一对一的点对点通信方式。 广播信道 :这种信道使用一对多的广播通信方式,因此过程比较复杂。 二、各层传输的数据单位 网络层: IP 数据报(或IP 分组) 数据链路层:帧 物理层:比特 三、数据链路层传输数据时的三个基本问题 (1) 封装成帧 (framing) 在一段数据的前后分别添加首部和尾部,然后就构成了一个帧。首部 和尾部的一个重要作用就是进行帧定界。 (2) 透明传输 (3) 差错控制 四、点对点协议PPP (Point-to-Point Protocol) 现在全世界使用得最多的数据链路层协议是点对点协议PPP。用户使用 拨号电话线接入因特网 时,一般都是使用PPP 协议 。
21、 1. PPP 协议应满足的需求 简单 这是首要的要求 封装成帧 透明性 多种网络层协议 多种类型链路 差错检测 检测连接状态 最大传送单元 网络层地址协商 数据压缩协商 10th 2. PPP 协议不需要的功能 纠错(只需要检测有无错,而不需纠错) 流量控制 序号 多点线路 半双工或单工链路 3.PPP 协议有三个组成部分 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) 。 3)网络控制协议NCP (Network Control Protocol) 。 4.PPP 协议之 不使用序号和确认机制. 五、媒体共享技术 1.静
22、态划分信道 1)频分复用 2)时分复用 3)波分复用 4)码分复用 2.动态媒体接入控制(多点接入) 1)随机接入 2)受控接入,如多点线路探询(polling) ,或轮询。 六、以太网的两个标准 DIX Ethernet V2 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 太网”。 七、数据链路层的两个子层 逻辑链路控制LLC (Logical Link Control)子层 媒体接入控制MAC (Medium Access Control) 子层。 与接入到传输媒体有关的内容都放在MAC 子层,而LLC 子层则与传输媒体无关,不管采用何
23、11th 种协议的局域网对LLC 子层来说都是透明的,如下图所示: 局域网对LLC 子层是透明的 注意 : 1.由于TCP/IP 体系经常使用的局域网是DIX Ethernet V2 而不是802.3 标准中的几种局域网,因此现 在 802 委员会制定的逻辑链路控制子层LLC (即802.2 标准)的作用已经不大了。 2.很多厂商生产的适配器上就仅装有MAC 协议而没有LLC 协议。 3.所以我们以后一般不考虑LLC 子层。 八、以太网提供的服务 以太网提供的服务是不可靠的交付,即尽最大努力的交付。 当目的站收到有差错的数据帧时就丢弃此帧,其他什么也不做。差错的纠正由高层来决定。 如果高层发现
24、丢失了一些数据而进行重传,但以太网并不知道这是一个重传的帧,而是当作一个 新的数据帧来发送。 以太网发送的数据都使用曼彻斯特(Manchester)编码 。 图 曼彻斯特编码方式 九、载波监听多点接入 /冲突检测( CSMA/CD ) 12th CSMA/CD 表示Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection。 “多点接入”表示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”是指每一个站在发送数据之前先要检测一下总线上是否有其他计算机在发送数据, 如果有,则暂时不要发送数据,以免发生碰撞。 总线上并没有什么“载波”。因此
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