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《计算机网络》复习大纲
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主要内容
1. 基本概念与体系结构
1. 物理层
l 数据链路层
l 局域网
l 网络层与传输层
l 应用层
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基本概念与体系结构
l 计算机网络的发展过程
l 交换方法：电路交换，报文交换，分组交换
l 连网方式：面向连接，无连接
l 注意：电路交换必定是面向连接的，分组交换可以是无连接方式，也可以采用面向连接方式，因此面向连接的网络不一定是电路交换的网络。
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基本概念与体系结构
l 计算机网络的定义
l 一些互相连接的、自治的计算机的集合。
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基本概念与体系结构
l 计算机网络的主要性能指标
l 最基本的两个性能指标是：带宽和时延
l 带宽：数字信道所能传送的最高数据率（比特率）。
l 时延：报文或分组从网络的一端传送到另一端所需的时间。
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基本概念与体系结构
l 传输时延（发送时延 ）
l 发送数据时，数据块从结点进入到传输媒体所需要的时间。
l 发送时延 = 数据块长度（比特）/信道带宽（比特/s)
l 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。
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基本概念与体系结构
l 传播时延
l 电磁波在信道中需要传播一定的距离而花费的时间。
l 传播时延=信道长度（m）/信号在信道上的传播速度（m/s)
l 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。
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基本概念与体系结构
l 处理时延
l 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。
l 总时延 = 传输(发送)时延+传播时延
l +处理时延
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基本概念与体系结构
l 计算机网络的体系结构
l 分层的方法
l 可将庞大而复杂的问题，转化为若干比较容易处理的较小的局部问题。
l OSI/RM（开放系统互联参考模型）七层模型
l 物理层、数据链路层、网络层、运输层（传输层）、会话层、表示层、应用层
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基本概念与体系结构
l 五层协议体系结构:物理层、数据链路层、网络层、运输层，应用层
l 物理层：透明传输比特流
l 数据链路层：将IP数据报组装成帧，在相临节点
l 的链路上传输以帧为单位的数据
l 网络层：为分组交换网上的不同主机提供通信
l 运输层：负责主机中两个进程之间的通信
l 应用层：直接为用户的应用进程提供服务
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基本概念与体系结构
l 协议
l 为网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定，也称为网络协议。
l 协议的组成：
l 语法（syntax)：以二进制形式表示的命令和相应的结构
l 语义（semantics)：由发出的命令请求，完成的动作和回送的响应组成的集合
l 定时关系（timing)：有关事件顺序的说明
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物理层
l 物理层功能
l 完成原始比特流的传输
l 介质端接、信号表达、收发过程
l 机械的、电气的、过程的接口
l 机械特性（介质端接）：接口尺寸、形状、线数、排列
l 电气特性（信号表达）：电压范围与含义
l 过程特性（收发控制）：严格的状态与事件顺序（状态机）
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物理层
l 有关数据通信的基本概念
l 单工通信：只能有一个方向的通信而没有反方向的通信。
l 半双工通信：通信的双方都可以发送/接收消息，但不能双方同时发送/接收。
l 全双工通信：通信的双方可以同时发送和接收消息。
l 基带信号：将数字信号1或0直接用两种不同的电压来表示。
l 宽带信号：是将基带信号进行调制后形成的模拟信号。
l 波特与比特：波特是码元传输速率的单位，比特是信息量的单位。
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物理层
l 信道复用技术
l 频分复用：是所有用户在同样的时间占用不同的带宽资源。
l 时分复用：是所有用户在不同的时间占用同样的频带宽度。
l 波分复用：使用一根光纤来同时传输多路光载波信号。
l 码分复用：在同样的时间使用同样的频带但不同码型进行通信。
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数据链路层
l 数据链路层的主要功能相关概念
l 数据链路：由一条物理线路段，以及实现控制数据传输通信协议的软件与硬件构成的数据通路。
l 数据链路层的基本功能：链路管理、帧定界、流量控制、差错控制等。
l 网络适配器：最常见的是网卡，包含实现数据链路层数据传输通信的软件与硬件。
l 帧：是数据链路层上数据传输的单位。
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数据链路层
l CRC（循环冗余码/多项式编码）
l 收发双方约定一个生成多项式G(x)（其最高阶和最低阶系数必须为1），发送方在帧的末尾加上校验和，使带校验和的帧的多项式能被G(x)整除；接收方收到后，用G(x)除多项式，若有余数，则传输有错。
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数据链路层
l 校验和计算算法
l 把数据看成二进制位串，记为 D
l 选择一个r+1位的生成多项式G
l G(x)= X5+x4+x2+1 ,则G = 110101，r=5
l 目的：生成r位的CRC检验码，R，使得：
l <D,R>可以被G通过模2运算整除
l 接收者知道G，利用G除以<D,R>，如果结果非0，则数据发生错误
l
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数据链路层
l 冗余码的计算举例
l 设 r = 5, G(x)= X5+x4+x2+1 ,则G = 110101 ，数据D=1010001101，模 2 运算的结果是：商 Q = 1101010110，
l 余数R = 01110。
l 将余数 R 作为冗余码添加在数据 D 的后面发送出去，即发送的数据是101000110101110，或 2rD + R。
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循环冗余检验计算过程
1101010110 ← Q 商
除数 G → 110101 101000110100000 ← 2rD 被除数
110101
111011
110101
111010
110101
111110
110101
101100
110101
110010
110101
01110 ← R 余数
r = 5, G(x)= X5+x4+x2+1 ,
则G = 110101 ，
数据D=1010001101
发送的数据是101000110101110
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数据链路层
l 数据接收方的处理
l 将接收的数据除以G，只要得出的余数 R 不为 0，就表示检测到了差错。
l 能检验出所有长度小于等于r的错误
l 但这种检测方法并不能确定究竟是哪一个或哪几个比特出现了差错。
l 一旦检测出差错，就丢弃这个出现差错的帧。
l 只要经过严格的挑选，并使用位数足够多的除数 G，那么出现检测不到的差错的概率就很小很小。
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局域网
l 局域网的主要特征
l 跨越一个物理上有限的距离，一般在10公里以内；
l 以短的距离获取高数据率；
l 为一个单位或组织所拥有。
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LAN与OSI的层次对应
OSI LAN
LLC
MAC
Physical
传统的LAN大多是共享媒体的LAN（即采用广播信道），不需要路由选择功能，因此只具备OSI的第1、2层功能。数据链路层又分为逻辑链路控制子层（LLC）和媒体访问控制子层（MAC）。
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局域网中的数据链路层
l 局域网的数据链路层
l 逻辑链路控制子层（LLC）
l 通过提供统一格式，向网络层提供一个接口
l 支持链路的多路访问特性
l 屏蔽各种802网络的底层差异，如拓扑结构、媒体、媒体访问控制访问
l 媒体访问控制子层（MAC）
l 根据网络的拓扑结构，不同的局域网采用不同的媒体访问控制方法
l 成帧(各种不同的帧结构)
l CRC校验
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局域网
l 以态网的基本概念
l IEEE为以态网制定了802.3标准。现今以态网典型地使用双绞线或光纤作为物理介质。10BASE-T（双绞线上的以态网）以10Mbps的速率发送数据，100BASE-T（快速以态网）以100Mbps的速率发送数据，千兆位以态网和万兆位以态网通常运行在光纤上，并被用做企业范围的主干网络。
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局域网
l CSMA/CD协议的工作原理
l CSMA/CD是以态网的介质访问控制协议，即带冲突检测的载波监听多路访问。当使用CSMA/CD时，一个有帧要发送的节点必须等待通道空闲时才能发送。而且该节点一边发送一边监听，一旦发现其他节点也在发送时，就中止发送。在中止发送之后，该节点等待一个随机长度的时间，再重复上述步骤。
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网络层与传输层
l 网络层功能是为主机之间提供逻辑通信。
l 网络互联中间设备的种类
l 物理层中继系统：转发器（repeater）,如hub.
l 数据链路层中继系统：网桥或桥接器（bridge）,如switch
l 网络层中继系统：路由器（router）
l 网络层以上的中继设备：网关（gateway）
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网络层与传输层
l IP地址
l IP地址对网上的某个节点来说是一个逻辑地址。它独立于任何特定的网络硬件和网络配置，不管物理网络的类型如何，它都有相同的格式。
l IP地址是一个4字节的数字，由两部分组成，第一部分是IP网络号，第二部分是主机号。这种4字节的IP地址，通常以小圆点分隔，其中每个字节都用十进制数字表示，如130.130.71.1，其网络号是130.130，主机号是71.1。
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网络层与传输层
l IP地址的表示
l 用点分隔的十进制表示法。如202.112.136.188
分类 最小可分配地址 最大可分配地址
A类 1.0.0.1 126.255.255.254
B类 128.1.0.1 191.255.255.254
C类 192.0.1.1 223.255.255.254
D类 224.0.0.1 239.255.255.254
E类 240.0.0.1 247.255.255.254
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网络层与传输层
l IP地址的分类
l IP地址可分成5类：A类、B类、C类、D类和E类。
l 由于D类地址仅用于主机组的特殊定义，E类地址作为保留未来使用的地址，所以具体网络只能分配A类、B类、C类地址中的一种。
0 8 16 24 31
A类
B类
C类
D类
E类
0 net-id host-id
10 net-id host-id
110 net-id host-id
1110 multicast address
11110 reserved for future use
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网络层与传输层
l 网络地址分配中的问题
l 将IP地址分成网络号和主机号的目的是为了节省路由表空间。因为路由器只需要按网络号进行路由。
l 将IP地址分成A、B、C三类是为了适应不同大小的物理网络。
l 实际的物理网络大小千差万别，可能造成IP地址空间的巨大浪费。
l 解决方案
l 可任意指定IP地址中网络号和主机号的长度。
l 子网掩码
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网络层与传输层
l 子网掩码
两级IP地址
net-id host-id
三级IP地址
net-id subnet-id host
子网掩码
11111111111111111111111 11111111111111 000000000
子网
网络地址
net-id subnet-id host id全为0
将子网掩码与IP地址逐比特相与，将得到子网地址。
子网号避免使用全0和全1。
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网络层与传输层
l 各类地址的缺省子网掩码
l A类地址的缺省子网掩码是255.0.0.0
l B类地址的缺省子网掩码是255.255.0.0
l C类地址的缺省子网掩码是255.255.255.0
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例题
某单位分配到一个B类IP地址，其网络号（Net-ID）为129.250.0.0。该单位有4000多台计算机，分布在16个不同的地点。如选用子网掩码为255.255.255.0，试给每个地点分配一个子网号，并算出各子网中主机号码的最大和最小值。
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选用子网掩码为255.255.255.0所以一个子网可有254地址。4000多台计算机分布在16不同地点，所以每个地点最多254台电脑。分别对这16个地点设16个网段：
129.250.1.0 ： 129.250.1.1~129.250.1.254
129.250.2.0 ： 129.254.2.1~129.250.2.254
129.250.3.0 ： 129.250.3.1~129.250.3.254
…………………………………..
129.250.16.0： 129.250.16.1~129.250.16.254
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传输层
l 传输层为应用进程之间提供端到端的逻辑通信。
l 两种传输层协议TCP与UDP
l TCP/IP的运输层有两个不同的协议，它们都是Internet的正式标准，即用户数据报协议UDP和传输控制协议TCP。TCP是基于连接的协议，提供两个主机间可靠的数据传输服务。UDP是无连接的，不保证可靠的数据传输。
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应用层
l 客户-服务器方式的基本概念
l 客户和服务器是指通信中的两个应用进程，客户-服务器方式描述的是两个进程之间服务和被服务的关系。客户是服务请求方，服务器是服务提供方。
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应用层
l 域名系统
l 是Internet采用的树状层次结构的命名方法。
l 连接在Internet上的任何一台主机或路由器都有一个唯一的域名。
l 域是名字空间中一个相对独立的管理单位，域还可以继续划分为子域。域名结构上由若干分量组成，各分量之间用点隔开：… . 三级域名 . 二级域名 . 顶级域名
l 域名的解析可采用递归或递归与迭代相结合的方法.
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应用层
l 邮件系统的主要组成结构
l 主要由三个部分组成：用户代理、邮件服务器以及所使用的协议。
l 如发送邮件（从用户代理到邮件服务器，以及邮件服务器之间）使用的SMTP；
l 接收邮件（从邮件服务器到用户代理）使用的POP3或IMAP。
l 这些协议底层使用TCP协议。
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