计算机网络复习
第一章 概述
1.1 计算机网络在信息时代中的作用
三大网络：电信网络、有线电视网络和计算机网络
互联网的两个重要基本特点：连通性和共享
1.2 互联网的概述
ARPANET是第一个单向网络
Internet是一个通用名词，它泛指由多个计算机网络互联而成的网络.
Internet采用TCP/IP协议族作为通讯的规则，前身是APARTNET
1.3 互联网的组成
边缘部分：由所有连接在互联网上的主机组成。是由用户直接使用的，用来通信（传送数据、音频、视频）和重要贡献 核心部分：由大量网络和连接这些网络的路由器组成。这部分是为边缘部分提供服务的（提供连通性和交换）
通常我们把要发送的整块数据称为一个报文。
主机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。 路由器则用来转发分组，即进行分组交换。
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
沙整个我文纪传送到相邻节点，全能存儲下米后查找转发表，转发到下个节点。
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。
1.5 计算机网络的类别
1）广域网WAN（Wide Area Network）：广域网的范围在几十到几千公里，因而有时也叫 远程网。 广域网是互联网的核心部分，其任务是长距离运送主机发送到数据。
2）城域网MAN（Metropolitan Area Network）：城域网的作用范围一般是一个城市，作用距离为5-50km。
3）局域网LAN（Local Area Network）：局域网一般用微型计算机或工作站通过高速通信线路相连（通常在10Mbit/s以上）作用范围在一公里左右
4）个人区域网PAN（Personal Area Net work）：用无线技术连接起来的网络，大约在10m左右。
1.6 计算机网络的性能
1）速率
我们知道，计算机发送的信号都是数字形式的。比特(bit）来源于 binary digit，意思是一个“二进制数宇”，因此一个比特就是二进制数字中的一个 」或 。。比特也是信息论中使用的信息量的单位。网络技不中的速率指的是数据的传送速率，它也称为数据率(dats rate)或比特率(bit rate)。速率是计 算机网络中最重要的一个性能指标。速率的单位是bit/s (比特每秒）（或b心，有时世气入 Dps, Ep bit per second)。另外要注意的当提到网络的速率时，往往指的是额定速率或标称速率，而并非网络实际上运行的速率。
2）带宽
“带宽”(bandwidth)有以下两种不同的意义：
(1）带宽本来是指某个信号具有的频带宽度。信号的带宽是指该信号所包含的各种不同频率成分所占据的频率范围。例如，在传统的通信线路上传送的电话信号的标淮带莞是 3.1kHz（从 300 Hz 到 3.4 KHZ，即话音的丰要成分的频率范围)。这种意义的带竞的单位是赫（或于赫、兆赫、吉赫等)。在过去很长的一段时间，通信的主干线路传送的是模拟信号《即连续变化的信号)。因此，表示某信道允许通过的信号频带范围就称为该信道的带宽 (或通频带）。
(2）在计算机网络中，带宽用来表示网络中某通道传送效据的能力，因此网络带宽表示在单位时问内网络中的某信道所能通过的“最高数据率”。在本书中提到 “带宽” 时，主要是指这个意思。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”。
3）吞吐量
4）时延 时延是指数据（一个报文或分组，甚至比特）从网络（或链路）的一端传送到另一端所需的时间。
发送时延 是主机或路由器发送数据帧所需要的时间。 发送时延=数据帧长度（bit）/发送速率（比特/s）
传播时延 是电磁波在信道中传播一定的距离需要的时间 传播时延=信道长度（m）/电磁波在信道上的传播速率（m/s） 在光纤中的传播速率210^5km/s 自由空间310^5
3）处理时延
4）排队时延 总时延=发送时延+传播时延+处理时延+排队时延
五层协议体系结构
- 物理层（Physical Layer）： 物理层负责处理与物理介质（如电缆、光纤等）相关的通信任务，包括数据的比特流传输、信号编码、硬件接口等。在这一层，数据以比特（bit）为单位进行传输。
- 数据链路层（Data Link Layer）： 数据链路层负责建立、维护和断开数据链路，以确保从源到目的地的可靠数据传输。此外，数据链路层还负责进行错误检测和流量控制。在这一层，数据以帧（frame）为单位进行传输。
- 网络层（Network Layer）： 网络层负责处理网络寻址和路由选择，以确定数据包从源节点到目的节点的最佳路径。网络层使用 IP 地址进行寻址。此外，网络层还负责处理分组和重组数据包。在这一层，数据以数据包（packet）为单位进行传输。
- 传输层（Transport Layer）： 传输层负责提供端到端的通信服务，包括数据的分段、传输、重组和确认。传输层还负责处理流量控制和差错控制。常见的传输层协议有 TCP（传输控制协议）和 UDP（用户数据报协议）。
- 会话层（Session Layer）： 会话层负责建立、管理和断开网络中的通信会话。会话层通过会话标识符来区分不同的通信会话，以确保数据流向正确的目的地。
- 表示层（Presentation Layer）： 表示层负责处理数据的表示和编码问题，以确保发送方和接收方的数据格式兼容。此外，表示层还负责进行数据加密和解密、数据压缩和解压缩等操作。
- 应用层（Application Layer）： 应用层是网络协议栈的最顶层，负责处理与特定应用程序相关的通信任务。应用层协议通常与用户直接交互，例如 HTTP（超文本传输协议）、FTP（文件传输协议）和 SMTP（简单邮件传输协议）等。
通过将网络通信过程划分为七个层次，OSI 模型有助于简化网络协议的设计}
本章的重要概念
•计算机网络(可简称为网络）把许多计算机连接在一起，而互连网则把许多网络连接在一起，是网络的网络。 -以小写字母 ；开始的 internet （互连网）是通用名词，它泛指由多个计算机网络互连而成的网络。在这些网络之问的通信协议（即通信规则）可以是任意的。
•以大写字母 工开始的 Intemet（互联网）是专用名词，它指当前全球最大的、开放的、由众多网络相互连接而成的特定计算机网络，并采用TCPIP 协议族作为通信规则，且其前身是美国的 ARPANET。 Internet 的推荐译名是“因特网”，但很少被使用。
• 至联网现在果用存储转发的分组交换技术以及三层 ISP结构。 福联网找工作方式可划分为边缘麻分号校心都分。王机在网絡的边综部分，其作用足进行信恩处理。路由和在网給的技心都分，其作用是按在储转发方式进行分 组交换。
•计算机通信是计算机中的进程 （即运行者的程序），之问的通信。计算机网络采用的通信方式是客户-服务器方式和对等连接方式（P2P方式）。
• 客户和服务器都是指通信中所滥及的应用进程。客户是服务请求方，服务器是服务提供方。
• 按作用范国的不同，计算机网络分为广城网WAN、城域网 NAN、局域网 LAN 和个人区域网 PAN。
• 计算机网络最常用的性能指标是：速率、带宽、吞吐量、时延（发送时延、传播时 廷、处理时延、排队时延入、时延带宽积、往返时间和信道（或网络）利用率。
•网络协议即协议，是为进行网络中的数据交换而建立的规则。计算机网络的各层及其协议的集合，称为网络的体系结构。
•五层协议的体系结构由应用层、运输层、网络层 （或网际层）、数据链路层和物理层组成。运输层最重要的协议是TCP 和 UDP 协议，而网络层最重要的协议是IP协议。
第二章 物理层
2.1 物理层的基础概念
1）机械特性：指明接口所用接线器的尺寸、引脚数目和排列、固定和锁定装置等。
2）电器特性：指明在接口电缆的各条线上出现的电压范围。
3）功能特性：指明某条线上出现的某一电压的意义。
4）过程特性：指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序。
2.2 数据通信的基础知识
在带宽为W（Hz）的低通信道中，若不考虑噪声的影响，则码元传输的最高速率是2W（码元/s）。传输速率超过此上限，就会出现严重的码间串扰的问题，使接收端对码元的判决成为不可能。
信噪比
信道的宽度或信道中的信噪比越大，信息的极限传输速率就越高。
2.3 物理层下的传输媒体
2.4信道复用技术
2.4.1频分复用、时分复用和统计时分复用
2.4.2波分复用
本章的重要概念
物理层的主要任务就是确定与传输媒体的接口有关的一些特性，如机械特性、电气特性、功能特性和过程特性。 一个数据通信系统可划分为三大部分，即源系统、传输系统和目的系统。源系统包括源点（或源站、信源）和发送器，目的系统包括接收器和终点（或目的 站、信宿)。
•通信的目的是传送消息。话音、文宇、因像、视频等都是消息。数据是运送消息的实体。信号则是数据的电气或电磁的表现。
•根据信号中代表消息的参数的取值方式不同，信号可分为模拟信号（或连续信号） 和数宇信号（或离散信号）。代表数字信号不同离散数值的基本波形称为码元。
•根据双方信息交互的方式，通信可以划分为单向通信 （或单工通信）、双向交替通信（或半双工通信）和双向同时通信（或全双工通信)。
来自信源的信号叫作基带信号。信号要在信道上传输就要经过调制。调制有基带调制和带通调制之分。最基本的带通调制方法有调幅、调频和调相。还有更复杂的调制方法，如正交振幅调制。
• 要提高数据在信道上的传输速率，可以使用更好的传输媒体，或使用先进的调制技术。但数据传输速率不可能被任意地提高。 传输媒体可分为两大类，即导引型传输媒体（双绞线、同轴电缆或光纤）和非导引型传输媒体（无线、红外或大气激光）。
常用的信道复用技术有频分复用、时分复用、统计时分复用、码分复用和波分复用（光的频分复用）。
•最初在数字传输系统中使用的传输标淮是脉冲编码调制 PCM。现在高速的数字传输系统使用同步光纤网 SONET(美国标准）或同步数字系列SDH（国际标准)。
用户到互联网的宽带接入方法有非对称数字用户线 ADSL（用数字技术对现有的模拟电话用户线进行改造）、光纤同轴混合网 HFC（在有线电视网的基础上开发的） 和FTTx（即光纤到••)。
•为了有效地利用光纤资源，在光纤干线和用户之间广泛使用无源光网络 PON。无源光网络无须配各电源，其长期运营成本和管理成本都很低。最流行的无源光网络 是以大网无源光网络 EPON 和吉比特无源光网络 GPON。
第三章 数据链路层
3.1 数据链路层的几个共同问题
3.1.1 数据链路和帧
数据链路层的协议数据单元就是 帧
3.1.2 三个基本问题
封装成帧、透明传输和差别检测
🔗差别检测 图
3.3 使用广播信道的数据链路层 3.3.1局域网的数据链路层 星形网 环形网 总线网
3.3.2CSMA/CD协议 🔗 多点接入 载波监听 碰撞检测
10BASE-T 10表示10Mbit/s的数据率，BASE表示连接线上的信号是基带信号，T表示双绞线。
MAC帧的格式
观看视频www.hxedu.com.cn/hxedu/w/inp…
3.4.2 在数据链路层扩展以太网
本章的重要概念
链路是从一个节点到相邻节点的一段物理线路，数据链路则是在链路的基础上增加了一些必要的硬件（如网络适配器）和软件（如协议的实现）。
数据链路层使用的信道主要有点对点信道和广播信道两种。 数据链路层传送的协议数据单元是帧。数据链路层的三个基本问题是：封装成帧、透明传输和差错检测。
循环元余检验 CRC 是一种检错方法，而帧检验序列FCS 是添加在数据后面的元余码。
点对点协议 PPP 是数据链路层使用最多的一种协议，它的特点是：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。
•PPPOE 是为宽带上网的主机使用的链路层协议。 局域网的优点是：具有广播功能，从一个站点可很方便地访问全网；便于系统的扩展和逐渐演变：提高了系统的可靠性、可用性和生存性。
•共享通信媒体资源的方法有二：一是静态划分信道（各种复用技术），二是动态媒体接入控制，又称为多点接入《随机接入或受控接入）。
•IEEE 802 委员会曾把局域网的数据链路层拆成两个子层，即逻辑链路控制 (LLC)
子层（与传输媒体无关）和媒体接入控制(MAC)子层（与传输媒体有关）。但现在LLC 了层己成为历史。
•计算机与外界局域网的通信要通过网络适配器，它又称为网络接口卡或网卡。计算机的硬件地址就在适配器的 ROM 中。 以太网采用无连接的工作方式，对发送的数据帧不进行编号，也不要求对方发回确认。目的站收到有差错帧就把它丢弃，其他什么也不做。
•以太网采用的协议是具有沖突检测的载波监听多点接入 CSMA/CD。协议的要点是： 发送前先监听，边发送边监听，一旦发现总线上出现了碰撞，就立即停止发送。然后按照退避算法等待一段随机时间后再次发送。因此，每一个站在自己发送数据之后的一小段时间内，存在着遭遇碰撞的可能性。以太网上各站点都平等地争用以太网信道。 ，传统的总线以太网基本上都是使用集线器的双绞线以太网。这种以太网在物理上是星形网，但在逻辑上则是总线网。集线器工作在物理层，它的每个端口仅仅简单地转发比特，不进行碰撞检测。
•以太网的硬件地址，即 MAC 地址实际上就是适配器地址或适配器标识符，与主机 所在的地点无关。源地址和目的地址都是 48 位长。
•以太网的适配器有过滤功能，它只接收单搔帧、广播帧或多播帧。
•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）。
•交换式集线器常称为以太网交换机或第二层交换机（工作在数据链路层)。它就是一个多端口的网桥，而每个端口都查按与某台单主机或另一个集线器相连，且工作在全双工方式。以大网交换机能同时连通许多对端口，使每一对相互通信的主机都能像独占通信媒体那样，无碰撞地传输数据。
•高速以太网有 100 Mbits的快速以大网、吉比特以太网和 10 Gbit's 的 10 吉比特以太网。最近还发展到400 吉比特以大网。在宽带接入技术中，也常使用高速以太网进行接入。
