计算机网络(第七版),计算机网络 书,计算机网络 笔记,计算机网络chapter4

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21世纪是一个以网络为核心的信息时代 三大网络：电信网络、有线电视网络、计算机网络 互联网两个基本特点：连通性、共享

计算机网络由若干个结点和连接这些结点的链路组成（结点可以是：计算机，集线器，交换机和路由器） 网络之间可以通过路由器互联起来，就构成了覆盖范围更大的计算机网络，即互联网 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路由器连接在一起。与网络相连的计算机常称为主机 互联网基础结构发展的三个阶段：1、从单个网络APPANET向互联网发展的过程 2、三级结构的互联网 3、多层次的ISP结构的互联网

从工作方式上可分为： 1.边缘部分：这部分由用户直接使用，用来进行通信和资源共享 在网络边缘的端系统之间的通信方式可划分为两大类：客户-服务器方式和对等方式 （1）客户-服务器方式：客户是服务请求方，服务器是服务提供方（客户和服务器本来指的是计算机进程） （2）对等连接方式：即P2P方式，可支持大量对等用户同时工作

2.核心部分：由大量网络和连接这些网络的路由器组成，为边缘部分提供连通性和交换 在网络核心部分其特殊作用的是路由器，路由器是实现分组交换的关键构件，可以转发收到的分组 电路交换 的三个阶段：建立连接――通话――释放连接 在通话时，两用户之间占用端到端的资源，而由于绝大部分时间线路都是空闲的，所以线路的传输速率往往很低 分组交换 的组成：报文、首部、分组。采用存储转发技术，即收到分组――存储分组――查询路由（路由选择协议）――转发分组。优点：高效、灵活、迅速、可靠。缺点：时延、开销。关键构件：路由器 报文交换 整个报文传送到相邻结点，全部存储下来之后查询转发表，转发到下一个结点

计算机网络在我国经推广普及，发展迅速

分类 按通信距离分：广域网、局域网、城域网 按信息交换方式分：电路交换网、分组交换网、总和交换网 按网络拓扑结构分：星型网、树型网、环型网、总线网 按通信介质分：双绞线网、同轴电缆网、光纤网、卫星网 按传输带宽分：基带网、宽带网 按使用范围分：公用网、专用网 按速率分：高速网、中速网、低速网 按通信传播方式分：广播式、点到点式

性能指标：速率、带宽、时延 速率：指连接在计算机网络上的主机在数字信道上传送数据的速率b/s（bps） 如100M以太网，实际是指100Mb/s。往往是指额定速率或标称速率 带宽：数字信道所能传送的最高速率b/s（bps） 吞吐量：单位时间内通过某个网络（或信道、接口）的实际数据量。其绝对上限值等于带宽 时延：数据（一个报文或分组、甚至比特）从网络（或链路）的一段传送到另一端的时间，也称延迟 ? ① 发送时延：主机或路由器发送数据帧所需的时间，也就是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。也成传输时延 发送时延 = 数据帧长度（b） / 信道带宽（b/s） ?② 传播时延：电磁波在信道中传输一定距离所需划分的时间 传播时间 = 信道长度（m） / 传输速率（m/s） ?③ 处理时延：主机或路由器处理收到的分组所花费的时间 ?④ 排队时延：分组在输入队列中等待处理的时间加上其在输出队列中等待转发的时间 综上：总时延 = 发送时延 + 传播时延 + 处理时延 + 排队时延 注：对于高速网络链路，提高的是发送速率而不是传播速率 时延带宽积：传播时延 * 带宽 （表示链路的容量） 往返时间RTT：从发送方发送数据开始，到发送发收到接收方的确认为止，所花费的时间 利用率：某信道有百分之几是被利用的（有数据通过）。而信道或网络利用率过高会产生非常大的时延 当前时延=空闲时时延/（1-利用率）

网络协议：简称协议，是为了进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定 网络协议的三要素 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 体系结构(architecture)是计算机网络的各层及其协议的集合

五层协议的体系结构 物理层：物理层的任务就是透明地传送比特流。（注意：传递信息的物理媒体，如双绞线、同轴电缆、光缆等，是在物理层的下面，当做第0 层。）物理层还要确定连接电缆插头的定义及连接法。 数据链路层：将网络层交下来的IP数据报组装成帧，在两个相邻结点间的链路上”透明“的传送以帧为单位的数据。每一帧包括数据和必要的控制信息。在收到数据时，控制信息使收到端直到哪个帧从哪个比特开始和结束。 网络层：选择合适的路由，使发送站的运输层所传下来的分组能够正确无误地按照地址找到目的站，并交付给目的站的运输层。网络层将运输层产生的报文或用户数据报封装成分组（IP数据报）或包进行传送。 运输层：向上一层的进行通信的两个进程之间提供一个可靠的端对端服务，使它们看不见运输层以下的数据通信的细节。（TCP、UDP） 应用层：直接为用户的应用进程提供服务（HTTP、FTP等） OSI体系结构：物理层、数据链路层、网络层、运输层、会话层、表示层、应用层 TCP/IP体系结构：网络接口层、网际层IP、运输层、应用层

物理层的主要任务描述为确定与传输媒体的接口之间的特性: 机械特性、电气特性、功能特性、过程特性 数据在通信线路上的传输方式一般都是串行传输

数据通信系统可分为三大部分： 1.源系统：（或发送端、发送方） 其中包含源点，发送器，接收器，终点 2.传输系统（或传输网络） 3.目的系统（或接收端、接收方）

通信方式： 单向通信（单工） 双向交替通信（半双工） 双向同时通信（全双工）

基带信号：来自信源的信号。 带通信号：经过载波条之后的信号。基本带通调制方法：调幅(AM)、调频(FM)、调相(PM)

导向传输媒体 1. 双绞线 双绞线已成为局域网中的主流传输媒体 可分为屏蔽双绞线 STP 和 无屏蔽双绞线 UTP 2. 同轴电缆 细缆（适合短距离，安装容易，造价低） 粗缆（适合较大局域网，布线距离长，可靠性好） 3. 光纤 光纤有很好的抗电磁干扰特性和很宽的频带，主要用在环形网中 多模光纤（用发光二极管，便宜，定向性较差） 单模光纤（注入激光二极管，定向性好） 非导向传输媒体 微波、红外线、激光、卫星通信

频分复用 FDM ：所有用户在同样的时间占用不同的频率带宽资源 时分复用 TDM ：则是将时间划分为一段段等长的时分复用帧（TDM 帧） 统计时分复用 STDM ：是改进的时分复用，明显地提高信道的利用率 波分复用 WDM ：光的频分复用 码分复用 CDM ：常用的名词是码分多址 CDMA：有很强的抗干扰能力

早期数字系统存在的问题： 1.速率标准不统一 2.不是同步传输 后美国首先推出一个数字传输标准叫做：同步光纤网SONET

从宽带接入方式可分为： 1.有线宽带接入技术 2.无线宽带接入技术

ADSL技术： 即非对称数字用户线ADSL技术，用数字技术对现有的模拟电话用户线进行改造 ADSL技术的主要特点是可以充分利用现有的铜缆网络（电话线网络，在线路两端加装ADSL 设备即可为用户提供高宽带服务。ADSL的另外一个优点在于它可以与普通电话共存于一条电话线上，在一条普通电话线上接听、拨打电话的同时进行ADSL传输而又互不影响 光纤同轴混合网(HFC网)： 是以光纤作为传输骨干，采用模拟传输技术，以频分复用方式传输模拟和数字信息的网络。也可以说，它是一种综合应用模拟和数字技术、同轴电缆和光缆技术以及射频技术的高分布式接入网络，是电信网和CATV网相结合的产物。它实际上是将现有光纤/同轴电缆混合组成的单向模拟CATV网改造为双向网络，除了提供原有的模拟广播电视业务外，利用频分复用技术和专用电缆解调器实现话音、数据和交互式视频等宽带双向业务的接入和应用 HFC系统的典型结构由馈线网、配线网和用户引入线3部分组成

链路 ：从一个结点到相邻结点的一段物理线路 桢 ：数据层链路的协议数据单元 数据链路 ：把实现这些协议的硬件和软件加载链路上 现在最常用的方法是使用适配器（即网卡）来实现这些协议的硬件和软件。一般的适配器都包括了数据链路层和物理层这两层的功能。

三个基本问题： 封装成帧 就是在一段数据的前后分别添加首部（帧开始符SOH 01）和尾部（帧结束符EOT 04），然后就构成了一个帧。（数据部分<=长度限制MTU）首部和尾部的一个重要作用就是进行帧定界。 帧定界是分组交换的必然要求 透明传输 为了达到透明传输（即传输的数据部分不会因为包含SOH和EOT而出错），在数据中出现控制字符“SOH”或“EOT”的前面插入一个转义字符“ESC”(十六进制1B) 透明传输避免消息符号与帧定界符号相混淆 差错检测 现实通信链路中比特在传输中会产生差错，传输错误的比特占比称为误码率BER，为了保证可靠性，通常通过循环冗余检验CRC来做差错检测。 差错检测防止无效数据帧浪费后续路由上的传输和处理资源

1.PPP协议的组成部分: 一个将 IP 数据报封装到串行链路的方法 链路控制协议 LCP 网络控制协议 NCP

2.PPP协议的帧格式 首部： 首部中的标志字段F(Flag)，规定为0x7E(符号0x表示它后面的字符是用十六进制表示的 十六进制的7E的二进制表示是01111110)，标志字段表示一个帧的开始 首部中的地址字段A规定为0xFF(即11111111) 首部中的控制字段C规定为0x03(即00000011)

首部中的2字节的协议字段： (1)当协议字段为0x0021时，PPP帧的信息字段就是IP数据报 (2)当协议字段为0xC021时，PPP帧的信息字段就是PPP链路控制协议LCP的数据 (3)当协议字段为0x8021时，PPP帧的信息字段就是网络层的控制数据

尾部：

尾部中的第一个字段(2个字节)是使用CRC的帧检验序列FCS 尾部中的标志字段F(Flag)，规定为0x7E(符号0x表示它后面的字符是用十六进制表示的 十六进制的7E的二进制表示是01111110)，标志字段表示一个帧的结束

3.透明传输的实现方法 当信息字段中出现和标志字段一样的比特(0x7E)组合时，就必须采取一些措施使这种形式上和标志字段一样的比特组合不出现在信息字段中

字节填充――PPP使用异步传输 当 PPP 用在异步传输时，就使用一种特殊的字符填充法：将每一个 0x7E字节变为(0x7D, 0x5E)，0x7D转变成为(0x7D, 0x5D)。ASCII 码的控制字符（即数值小于 0x20 的字符），则在前面要加入0x7D，同时将该字符的编码加以改变

零比特填充――PPP使用同步传输 只要发现有5个连续的1，则立即填入一个0

4.PPP 协议的工作状态： 链路静止-建立物理层-链路建立-pc发LCP-NCP分配IP地址-链路打开，网络层建立。（释放时倒过来）

广播信道是一种一对多的通信，局域网使用的就是广播信道

1.局域网的数据链路层（局域网的数据链路层被拆分为了两个子层） 逻辑链路控制LLC子层：与传输媒体无关 媒体接入控制MAC子层：和局域网都对LLC子层来说是透明的

2.CSMA/CD 协议 以太网采用CSMA/CD协议的方式来协调总线上各计算机的工作。在使用CSMA/CD协议的时候，一个站不可能同时进行发送和接收，因此使用CSMA/CD协议的以太网不可能进行全双工通信而只能进行双向交替通信（半双工）

CSMA/CD是载波监听多点接入/碰撞检测，下面是CSMA/CD协议的要点： “多点接入” :就是计算机以多点接入（动态媒体接入控制）的方式连接在一根总线上

“载波监听” :就是”发送前先监听”，即每一个站在发送数据前先要检测一下总线是否有其他站在发送数据，如有则暂时不要发送数据，要等到信道为空闲

“碰撞检测” :就是“边发送边监听”，即适配器边发送数据边检测信道上的信号电压的变化情况。当一个站检测到的信号电压摆动值超过一定的门限值时，就认为总线上至少有两个站同时在发送数据，表明产生了碰撞，就要立即停止发送，免得继续浪费网络资源，然后等待一段随机时间后再次发送

把总线上的单程端到端传播时延记为τ，A 发送数据后，最迟要经过2τ才能知道自己发送的数据和其他站发送的数据有没有发生碰撞

1. 在物理层扩展以太网 以太网上的主机之间的距离不能太远(例如，10BASE-T以太网的两主机之间的距离不超过200米)，否则主机发送的信号经过铜线的传输就会衰减到使CSMA/CD协议无法正常使用 过去，广泛使用粗缆或细缆以太网时，常使用工作在物理层的转发器来扩展以太网的地理覆盖范围 现在，双绞线以太网成为以太网的主流类型，扩展主机和集线器之间的距离的一种简单方法就是使用光纤(通常是一对光纤)和一对光纤调制解调器 光纤调制解调器的作用，是进行电信号和光信号的转换

2. 在数据链路层扩展以太网 注：在数据链路层扩展以太网要使用网桥 网桥工作在数据链路层，它根据MAC帧的目的地址对收到的帧进行转发或过滤。当网桥收到一个帧时，并不是向所有的接口转发这个帧，而是检查此帧的目的MAC地址，然后再确定将该帧转发到哪一个接口，或者是把它丢弃(即过滤)

3.虚拟局域网-交换机 多接口网桥即交换式集线器常称为以太网交换机。利用以太网交换机可以很方便地 实现虚拟局域网，虚拟局域网协议允许在以太网的帧格式中插入一个 4 字节的标识符，称为 VLAN 标记。

1.100【【微信】】以太网： 随着个人计算机处理能力的增强，计算机网络应用的普及，用户对计算机网络的需求日益增加，现在常规局域网已经远远不能满足要求。于是高速局域网便应运而生。高速局域网的传输速率大于等于100Mbit/s，常见的高速局域网有FDDI光纤环网、100BASE-T高速以太网、千兆位以太网、10Gbit/s以太网等

2.吉比特以太网： 吉比特以太网或称千兆以太网， 是一个描述各种以吉比特每秒速率进行以太网帧传输技术的术语，由IEEE 802.3-2005标准定义。该标准允许通过集线器连接的半双工吉比特连接，但是在市场上利用交换机的全双工连接才是标准

3.10吉比特以太网和更快的以太网： 10GE只工作在全双工方式，因此不存在争用问题，当然也不使用CSMA/CD协议 现在以太网的工作范围已经从局域网（校园网、企业网）扩大到城域网和广域网，从而实现了端到端的以太网传输

4.使用以太网进行宽带接入： 基于以太网技术的宽带接入网由局端设备和用户端 设备组成，局端设备一般位于小区内或商业大楼内，用户端设备一般位于居民楼内；局端设备提供与IP骨干网的接口

本文主要说明网络层提供的两种服务，一种是虚拟电路服务，另外一种是数据报服务 1、虚拟电路服务 虽然因特网是一个利用数据报服务传输信息的，但是很多其他网络体系结构（例如ATM）使用的是虚拟电路网络 电信网把用户电话机产生的语音信号可靠地传输到对方的电话机

一条虚拟电路的组成有这些部分构成： （1）源主机和目的主机之间的路径（2）路径中每一段链路都有一个VC号（3）路径中的每个路由器都有一个转发表

使用虚拟电路服务就一般是通过以下三个步骤： （1）虚拟电路的建立 （2）数据传送 （3）虚拟电路的拆除

2、数据报服务 网络层上只是简单提供无连接的、简单灵活的、尽最大努力交付的数据报服务。在网络层是不提供可靠传输服务的，所以IP数据报是可能在传输过程中出现错误的。这种设计就使得网络中的路由器可以做的比较简单，而且价格低廉。而进行可靠传输是有主机中的运输层来做的（包括差错处理、流量控制等）（所谓的TCP/IP中的IP是不保证可靠传输的，而是交给了TCP来做的）。

网际协议IP是TCP/IP体系中两个最重要的协议之一，也是最重要的因特网标准协议之一。与IP协议配套是用的四个协议： 1.地址解析协议ARP：是解决同一个局域网上的主机或路由器的IP地址和硬件地址的映射问题 2.网际控制报文协议ICMP：提供差错报告和询问报文，以提高IP数据交付成功的机会 3.网际组管理协议IGMP：

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