计算机网络

目录

第一章 计算机网络概述

1.1 因特网概述

1.2 因特网的组成

1.3、计算机网络类别

1.4、计算机网络性能

（一）、计算机网络的性能指标

（二）、计算机网络的非性能指标

1.5、计算机网络的体系结构

第二章  物理层

2.1、物理层的基本概念

2.2、传输方式

2.3、编码与调制

2.4、信道的极限容量

2.5、信道复用技术

2.6、媒体接入控制

第三章  数据链路层

3.1、数据链路层概述

 3.2、点对点协议PPP

 3.3、MAC地址、IP地址、ARP协议

3.4、集线器与交换机

3.5、以太网交换机自学习和转发帧的流程

3.6、以太网交换机的生成树协议STP 

 3.7、虚拟局域网VLAN

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第一章 计算机网络概述 1.1 因特网概述

1、网络，互联网，因特网

        网络：许多计算机连接在一起

        互联网 internet：许多网络连接在一起

        因特网 Internet：全球最大的一个互联网

2、1969年        从单个网络ARPANET向互联网发展

      1985年        逐步建成三级结构的因特网

      1993年        逐步形成了多层次ISP结构的因特网

3、因特网协会ISOC是一个国际性组织，它负责对因特网进行全面管理，以及在世界范围内促进其发展和使用。

      制订因特网的正式标准要经过一下4个阶段：

（1）因特网草案

（2）建议标准（即RFC文档）

（3）草案标准

（4）因特网标准

1.2 因特网的组成

1、数据交换方式

（1）电路交换

典型应用：打电话

适合于数据量很大的实时性传输

（2）报文交换

报文交换不分组

（3）分组交换

每一个分组单独选择路径，不需要建立路径

--路由器的存储转发功能

优点：高效，灵活，迅速，可靠

缺点：时延，开销增大

1.3、计算机网络类别

1、作用范围

广域网        WAN

城域网        MAN

局域网        LAN

个域网        PAN

2、拓扑结构

总线型

环型

星型

树型

网状

3、按传输介质

有线网

无线网

4、按交换技术

电路交换网

分组交换网

报文交换网

1.4、计算机网络性能 （一）、计算机网络的性能指标

1、速率：数据的传送速率，也成为数据率或比特率。  单位是bit/s（比特每秒）

2、带宽：数据通信领域中，数字信号所能传送的最高数据率。  单位是bit/s

3、吞吐量：即在单位时间内通过某个网络的数据量。  单位b/s，Mb/s

4、时延

（1）、发送时延 = 数据块长度（比特）/ 信道带宽（比特/秒）

（2）、传播时延 = 信道长度（米）/ 信号在信道上的传播速率（米/秒）

（3）、处理时延 

（4）、排队时延

5、时延带宽积 = 传播时延 × 带宽

6、往返时间：从发送方发送数据开始，到接收方收到接收方确认

7、利用率：

（1）、信道利用率：有数据通过时间 / （有+无）数据通过时间

（2）、网络利用率：D = D₀ / 1 - U

            D是指网络当前的时延，D₀是指网络空闲时的时延，U是指网络利用率

（二）、计算机网络的非性能指标

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

1.5、计算机网络的体系结构

1、几个基本概念 

2、OSI七层模型

应用层        能够产生网络流量能够和用户交互的应用程序

表示层        加密  压缩  

会话层        服务和客户端建立的会话  可以查木马  netstat -n

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运输层        可靠传输（建立会话）  不可靠传输  流量控制

网络层        IP地址编址    选择最佳路径

数据链路层        数据如何封装    添加物理层地址    MAC

物理层        电压    接口标准

3、TCP/IP体系结构

应用层

运输层

网际层

网络接口层

4、五层协议

两台主机进行连接需要考虑的物理层问题：传输媒体，采用的物理接口，使用怎样的信号表示0或1

5、开放系统信息交换涉及的几个概念----实体，协议，服务

实体：任何可发送或接收信息的硬件或软件进程

对等实体：收发双方相同层次中的实体

协议：控制两个对等实体进行逻辑通信的规则的集合

协议的三要素：语法，语义，同步

        语法：定义所交换信息的格式

        语义：定义收发双方所要完成的 *** 作

        同步：定义收发双方的时序关系。例如TCP的“三次握手”建立连接

第二章  物理层 2.1、物理层的基本概念

1、传输媒体

导引型传输媒体：双绞线，同轴电缆，光纤

（1）、同轴电缆：

 （2）、双绞线

（3）、光纤

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。（只适合近距离传输）

 

非导引型传输媒体：微波通信（2~40GHz）

2、物理层的主要任务（可描述为确定与传输媒体的接口有关的一些特性）

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的意义。

过程特性： 指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序。

3、信号

（1）、模拟信号（连续信号）

（2）、数字信号（离散信号）

2.2、传输方式

（1）、串行传输和并行传输

（2）、同步传输和异步传输

（3）、单向传输（单工），双向交替传输（半双工），双向同时传输（全双工）

单工：例如：广播

半双工：例如：对讲机

全双工：例如：电话

2.3、编码与调制

1、基本概念

编码：对数字基带信号的波形进行变换，产生数字信号，在数字信道中传输

调试：把数字基带信号的频率范围搬移到较高的频段，并转换为模拟信号，可以在模拟信号中传输

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。

2、常用编码

3、基本调制方法

混合调制举例：正交振幅调制QAM

2.4、信道的极限容量

注：限制码元在信道上的传输速率的因素有以下两个：信道能够通过给频率范围；信噪比

1、奈氏准则

奈氏准则给出了在假定的理想状态下，为了避免码间串扰，码元的传输速率的上限值。

结论：在带宽为W(Hz)的低通信道中，若不考虑噪声影响，则码元传输的最高速率是2W(码元/秒)。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（即识别）成为不可能。

2、香农公式（带宽受限）且有高斯白噪声干扰的信道的极限信息传输速率。

 C = W×log₂(1 + S/N)   （bit/s）

C：信道的极限信息传输速率（单位：b/s）

W：信道带宽（单位：Hz）

S：信道内所传信号的平均功率

N：信道内的高斯噪声功率

S/N：信噪比，使用分贝（dB）作为度量单位

         信噪比（dB） =   10 × log₁₀(S/N)   （dB）

2.5、信道复用技术

1、频分复用、时分复用和统计时分复用 

（1）、频分复用（FDM）：频分复用的各路信号同样的时间占用不同的带宽资源（带宽指的是频率带宽）

（2）、时分复用（TDM）：时分复用的所有用户在不同的时间占用相同的频带宽度。

注：这两种复用方法的优点是技术比较成熟，但缺点是不够灵活。时分复用则更利于数字信号的传输。

（3）、统计时分复用：使用集中器

2、波分复用（WDM）---就是光的频分复用

调制解调器

光复用器（合波器）和光分用器（分波器）

3、码分复用(CDM)

    

2.6、媒体接入控制

1、共享信道要着重考虑一个问题就是如何协调多个发送和接受站点对一个共享传输媒体的占用，即媒体接入控制MAC。

2、静态划分信道-----请看2.5

3、动态接入控制----随机接入

（1）、总线局域网使用的协议：载波监听多址接入/碰撞检测 CSMA/CD

 

 最小帧长 = 争用期×数据传输速率

退避时间 

 （2）、无线局域网使用的协议：载波监听多址接入/碰撞避免 CSMA/CA

第三章  数据链路层 3.1、数据链路层概述

1、数据链路层的三个重要问题

（1）、封装成帧：我们将数据链路层给网络层交付的协议数据单元添加帧头和帧尾的 *** 作，成为封装成帧。添加帧头和帧尾的目的都是为了在链路上以帧为单元来传送数据，同时进行帧定界。

帧头和帧尾含有重要的控制信息。

（2）、透明传输：指数据链路层对上层交付的传输数据没有任何限制，就好像数据链路层不存在一样。

“透明”：某一个实际存在的事物看起来却好像不存在一样。

面向字节：添加转义字符。 

HDLC协议就是面向比特的，帧头和帧尾的帧定界符的数值为01111110，每五个一后面添加一个比特0。

（3）、差错检测：通过检测码和检错算法判断。

①、奇偶校验

②、循环冗余校验（CRC）

 

检错码只能检测出错误，但是无法纠正错误。 

 3.2、点对点协议PPP

是目前应用最广泛的点对点数据链路层协议

1、PPP协议传输帧的格式：

2、PPP协议中的透明传输问题

（1）、面向字节的异步链路采用插入转义字符填充法

 （2）、面向比特的同步链路采用插入比特0的比特填充法

即在数据部分的每五个连续的1后面插入一个0。

3、差错检测

使用循环冗余校验

        若是CRC检测正确，则收下这个帧；若CRC检验错误，就丢弃这个帧。使用PPP协议的数据链路层向上不提供可靠传输服务。 

 3.3、MAC地址、IP地址、ARP协议

MAC地址：是以太网的MAC子层所使用的地址，属于数据链路层；

IP地址：是TCP/IP体系结构网际层所使用的地址；

ARP协议：属于TCP/IP体系结构的网际层，其作用是一直设备所分配到的IP地址，使用ARP协议可以通够该IP地址获取到设备的MAC地址。

3.4、集线器与交换机

（1）、集线器

 使用集线器在物理层扩展以太网

（2）、以太网交换机

使用集线器扩展以太网，不仅会扩展广播域，也会扩展冲突域。

使用交换机扩展以太网，只会扩展广播域，不会扩展冲突域。

3.5、以太网交换机自学习和转发帧的流程

3.6、以太网交换机的生成树协议STP 

 3.7、虚拟局域网VLAN

1、虚拟局域网VLAN：是一种将局域网内的设备划分成与物理位置无关的逻辑组的技术，这些逻辑组具有某些共同的需求。